DE202018105403U1

DE202018105403U1 - Metallisierung flexibler Polymerfolien

Info

Publication number: DE202018105403U1
Application number: DE202018105403.1U
Authority: DE
Original assignee: Global Solar Energy Inc
Current assignee: SUN HARMONICS CO. LTD., HANGZHOU, CN
Priority date: 2018-09-20
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2018-10-01
Anticipated expiration: 2028-09-21

Abstract

Vorrichtung zur Bildung eines leitfähigen Gitters, umfassend:
einen elektrisch leitfähigen Zylinder, umfassend eine Mehrzahl mikroskopischer Spalte auf einer äußeren Oberfläche des Zylinders, wobei die Spalte dazu eingerichtet sind, eine Haftung zwischen der äußeren Oberfläche des Zylinders und einer nachträglich aufgebrachten Materialschicht zu verbessern; und eine elektrisch isolierende Beschichtung, welche an der äußeren Oberfläche des Zylinders haftet, wobei die Beschichtung gemustert ist, um Abschnitte der äußeren Oberfläche des Zylinders in einem Muster freizulegen, welches dem zu bildenden leitfähigen Gitter entspricht.

Description

QUERVERWEISE
Die folgenden zugehörigen Anmeldungen und Materialien sind hierin in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke eingeschlossen: U.S. Patent-Nr. 8,993,364 und U.S. Offenlegungsschrift-Nr. 2013/0269748 A1 .
FACHGEBIET
Die Offenbarung betrifft Systeme zur Bildung leitfähiger Gittermuster auf flexiblen Polymerfolien. Die gebildeten Gittermuster können beispielsweise besonders für eine Verwendung als Sammelgitter in photovoltaischen Zellen oder Modulen oder als kostengünstige flexible Schaltungen, wie beispielsweise Radiofrequenz-Identifikations-Tags (radio frequency identification Tags, RFID-Tags), geeignet sein.
EINLEITUNG
Das Fachgebiet der Photovoltaik betrifft im Allgemeinen mehrschichtige Materialien, welche Sonnenlicht direkt in elektrische Gleichstromleistung umwandeln. Der grundlegende Mechanismus für diese Umwandlung ist der photovoltaische Effekt, welcher erstmals 1839 von Antoine-Cesar Becquerel beobachtet und erstmals von Einstein in einer wegweisenden wissenschaftlichen Arbeit von 1905 beschrieben wurde, für die er einen Nobelpreis in Physik erhielt. In den Vereinigten Staaten sind Photovoltaik-(PV)-Vorrichtungen gemeinhin als Solarzellen oder PV-Zellen bekannt. Solarzellen sind typischerweise als eine zusammenwirkende Sandwichanordnung aus p-Typ- und n-Typ-Halbleitern eingerichtet, in welchen das n-Typ-Halbleitermaterial (auf einer „Seite“ der Sandwichanordnung) einen Überschuss an Elektronen und das p-Typ-Halbleitermaterial (auf der anderen „Seite“ der Sandwichanordnung) einen Überschuss an Löchern aufweist, von welchen jedes auf den Mangel eines Elektrons hinweist. In der Nähe des p-n-Übergangs zwischen den beiden Materialien bewegen sich Valenzelektronen von der n-Typ-Schicht in benachbarte Löcher in der p-Typ-Schicht, wobei ein kleines elektrisches Ungleichgewicht innerhalb der Solarzelle erzeugt wird. Dies führt zu einem elektrischen Feld in der Nähe des metallurgischen Übergangs, der den elektronischen p-n-Übergang bildet.
Wenn ein einfallendes Photon ein Elektron in der Zelle in das Leitungsband anregt, wird das angeregte Elektron von den Atomen des Halbleiters ungebunden, wobei ein freies Elektron/Loch-Paar erzeugt wird. Da der p-n-Übergang, wie vorstehend beschrieben, ein elektrisches Feld in der Nähe des Übergangs erzeugt, neigen auf diese Weise in der Nähe des Übergangs erzeugte Elektron/Loch-Paare dazu, sich von dem Übergang zu trennen und von diesem weg zu bewegen, wobei sich das Elektron in Richtung der Elektrode auf der n-Typ-Seite bewegt und sich das Loch in Richtung der Elektrode auf der p-Typ-Seite des Übergangs bewegt. Dies erzeugt ein Gesamtladungsungleichgewicht in der Zelle, so dass sich Elektronen, wenn ein externer leitfähiger Pfad zwischen den beiden Seiten der Zelle bereitgestellt ist, von der n-Typ-Seite zurück zu der p-Typ-Seite entlang des externen Pfades bewegen werden, wodurch ein elektrischer Strom erzeugt wird. In der Praxis können Elektronen an oder in der Nähe der Oberfläche der n-Typ-Seite durch ein leitfähiges Netz gesammelt werden, welches einen Abschnitt der Oberfläche bedeckt, während weiterhin ein ausreichender Zugang in die Zelle durch einfallende Photonen ermöglicht wird.
Solch eine photovoltaische Struktur bildet eine funktionsfähige PV-Vorrichtung, wenn sie angemessen angeordnete elektrische Kontakte umfasst und die Zelle (oder eine Reihe von Zellen) in eine geschlossene elektrische Schaltung eingebunden ist. Um die meisten Anwendungen zu versorgen, reicht eine einzige konventionelle Solarzelle als eigenständige Vorrichtung nicht aus. Infolgedessen werden Solarzellen üblicherweise durch Verbinden des vorderen Teils einer Zelle mit dem hinteren Teil einer anderen Zelle in PV-Modulen oder „Ketten“ („Strings“) angeordnet, wodurch die Spannungen der individuellen Zellen elektrisch in Reihe zusammenaddiert werden. Typischerweise sind eine erhebliche Anzahl von Zellen in Reihe geschaltet, um eine brauchbare Spannung zu erzielen. Der resultierende Gleichstrom kann dann durch einen Inverter geführt werden, in welchem er in Wechselstrom mit einer geeigneten Frequenz umgewandelt wird, welche derart gewählt ist, dass sie mit der Frequenz von Wechselstrom übereinstimmt, welcher von einem konventionellen Stromnetz geliefert wird. In den Vereinigten Staaten beträgt diese Frequenz 60 Hertz (Hz) und die meisten anderen Länder stellen Wechselstrom entweder mit 50 Hz oder 60 Hz bereit.
Eine bestimmte Art von Solarzelle, die für eine kommerzielle Verwendung entwickelt wurde, ist eine „Dünnschicht“-PV-Zelle. Im Vergleich zu anderen Typen von PV-Zellen, wie zum Beispiel PV-Zellen aus kristallinem Silizium, erfordern Dünnschicht-PV-Zellen weniger lichtabsorbierendes Halbleitermaterial, um eine funktionsfähige Zelle zu erzeugen, und können somit die Verarbeitungskosten reduzieren. Dünnschichtbasierte PV-Zellen offerieren ebenfalls reduzierte Kosten, indem sie bereits entwickelte Abscheidungstechnologien für die Elektrodenschichten einsetzen, wobei in der Dünnschichtindustrie ähnliche Materialien für schützende, dekorative und funktionale Beschichtungen weit verbreitet sind. Übliche Beispiele für günstige kommerzielle Dünnschichtprodukte umfassen wasserundurchlässige Beschichtungen auf polymerbasierten Lebensmittelverpackungen, dekorative Beschichtungen auf Architekturglas, Beschichtungen mit niedrigem Emissionsvermögen zur Wärmeregulierung auf Wohnungsglas und handelsüblichem Glas und kratzfeste und antireflektierende Beschichtungen auf Brillen. Die Einführung oder Modifizierung von Techniken, die in diesen anderen Fachgebieten entwickelt worden sind, hat eine Reduktion der Entwicklungskosten für Dünnschicht-Beschichtungstechniken für PV-Zellen ermöglicht.
Darüber hinaus haben Dünnschichtzellen Wirkungsgrade gezeigt, die 20% übertreffen, welche mit den Wirkungsgraden der effizientesten kristallinen Zellen konkurrieren oder diese übertreffen. Insbesondere ist das Halbleitermaterial Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) stabil, weist eine geringe Toxizität auf und ist in der Tat eine Dünnschicht, welche in einer funktionsfähigen PV-Zelle eine Dicke von weniger als zwei Mikrometern erfordert. Infolgedessen scheint CIGS bis heute das größte Potenzial für hochleistungsfähige, kostengünstige Dünnschicht-PV-Produkte und damit für die Durchdringung der Massenstromerzeugungsmärkte gezeigt zu haben. Andere Halbleitervarianten für Dünnschicht-PV-Technologie umfassen, Kupfer-Indium-Diselenid, Kupfer-Indium-Disulfid, Kupfer-Indium-Aluminium-Diselenid und Cadmium-Tellurid.
Einige Dünnschicht-PV-Materialien können entweder auf starre Glassubstrate oder auf flexible Substrate abgeschieden werden. Glassubstrate sind relativ kostengünstig, weisen im Allgemeinen einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, welcher eine relativ hohe Übereinstimmung mit dem von CIGS- oder anderen Absorberschichten aufweist, und ermöglichen die Verwendung von Vakuumabscheidungssystemen. Beim Vergleich von Technologieoptionen, die während des Abscheideprozesses anwendbar sind, leiden jedoch starre Substrate an verschiedenen Nachteilen während des Verarbeitens, wie etwa der Notwendigkeit einer erheblichen Grundfläche für eine Verarbeitungseinrichtung und einen Materialspeicher, einer teuren und spezialisierten Einrichtung, um Glas gleichmäßig auf erhöhte Temperaturen zu erwärmen, welche bei oder nahe der Glasglühtemperatur liegen, einem hohem Potential für einen Substratbruch mit resultierendem Ertragsverlust und einer höheren Wärmekapazität mit resultierenden höheren Elektrizitätskosten und einer höheren Verarbeitungszeit zum Erwärmen des Glases. Darüber hinaus erfordern starre Substrate aufgrund des Gewichts und der zerbrechlichen Natur des Glases erhöhte Versandkosten. Infolgedessen ist die Verwendung von Glassubstraten für das Abscheiden von Dünnschichten unter Umständen nicht die beste Wahl für eine kostengünstige, großvolumige und ertragreiche kommerzielle Herstellung von Materialien mit mehrschichtigen, funktionalen Dünnschichten, wie zum Beispiel Photovoltaik.
Im Gegensatz dazu erlaubt eine Rolle-zu-Rolle-Verarbeitung (roll-to-roll processing) dünner flexibler Substrate die Verwendung von kompakten, weniger teuren Vakuumsystemen und von nicht-spezialisierten Einrichtungen, die bereits für andere Dünnschichtindustriezweige entwickelt worden sind. Auf dünnen, flexiblen Substratmaterialien basierende PV-Zellen weisen ferner eine relativ hohe Toleranz gegenüber schneller Erwärmung bzw. Kühlung und gegenüber hohen Temperaturgradienten auf (was zu einer geringen Wahrscheinlichkeit eines Bruchs oder eines Versagens während einer Verarbeitung führt), erfordern vergleichsweise geringe Versandkosten und weisen eine einfachere Installation als auf starren Substraten basierende Zellen auf. Zusätzliche Details, welche die Zusammensetzung und Herstellung von Dünnschicht-PV-Zellen eines Typs betreffen, welcher für eine Verwendung mit den vorliegend offenbarten Verfahren und Vorrichtungen geeignet ist, können zum Beispiel in den US-Patenten Nr. 6,310,281, 6,372,538 und 7,194,197 , alle von Wendt et al. und dem US-Patent Nr. 8,062,922 von Britt et al. gefunden werden, die hiermit durch Bezugnahme alle in ihrer Gesamtheit aufgenommen werden.
Wie vorstehend erwähnt, ist häufig eine erhebliche Anzahl von PV-Zellen in Reihe geschaltet, um eine brauchbare Spannung und somit eine gewünschte Leistungsabgabe zu erzielen. Solch eine Konfiguration wird häufig als eine „Kette“ („String“) von PV-Zellen bezeichnet. Aufgrund der verschiedenen Eigenschaften von kristallinen Substraten und flexiblen Dünnschichtsubstraten kann die elektrische Reihenschaltung zwischen Zellen für eine Dünnschichtzelle anders als für eine kristalline Zelle konstruiert sein und eine Bildung zuverlässiger Reihenschaltungen zwischen Dünnschichtzellen stellt einige Herausforderungen dar. Beispielsweise setzt ein Löten (die traditionelle Technik, welche verwendet wird, um kristalline Solarzellen zu verbinden) direkt auf Dünnschichtzellen die PV-Beschichtungen der Zellen gegenüber schädigenden Temperaturen aus und die Silbertinten auf organischer Basis, die typischerweise verwendet werden, um ein Sammelgitter auf Dünnschichtzellen zu bilden, können durch übliche Lötmaterialien keinesfalls eine starke Haftung ermöglichen. Daher sind PV-Zellen häufig mit eigenständigen Drähten oder leitfähigen Streifen verbunden, welche an den Zellen mit einem elektrisch leitfähigen Klebstoff (ECA, electrically conductive adhesive) angebracht sind, und nicht durch Löten.
Selbst wenn jedoch eigenständige Drähte oder Streifen verwendet werden, um Zwischenzellenverbindungen zu bilden, führen die extrem dünnen Beschichtungen und ein mögliches Abblättern entlang geschnittener PV-Zellenränder zu Gelegenheiten für einen Kurzschluss (Leistungsverlust), wo auch immer ein Draht oder ein Streifen einen Zellrand kreuzt. Darüber hinaus kann das leitfähige Substrat, auf welches die PV-Beschichtungen abgeschieden sind, welches typischerweise eine Metallfolie ist, leicht durch eine thermomechanische Beanspruchung von daran angebrachten Drähten und Streifen verformt werden. Diese Beanspruchung kann auf schwach anhaftende Schnittstellen übertragen werden, was zu einer Ablösung der Zellen führen kann.
Zusätzlich kann eine Haftung zwischen dem ECA und der Zellenrückseite oder zwischen dem ECA und dem leitfähigen Gitter auf der Vorderseite schwach sein und eine mechanische Beanspruchung kann zu einer Trennung des Sammelgitters an diesen Stellen führen. Ferner kann Korrosion zwischen dem Molybdän oder einer anderen Beschichtung auf der Rückseite einer Zelle und dem ECA auftreten, der einen Streifen des Sammelgitters mit der Solarzelle verbindet. Diese Korrosion kann zu einem Kontakt von hohem Widerstand oder zu einem Haftungsversagen führen, was zu Leistungsverlusten führt.
Fortgeschrittene Verfahren zum Verbinden von Dünnschicht-PV-Zellen mit leitfähigen Streifen oder Bändern können die Probleme eines elektrischen Kurzschlusses und einer Ablösung weitgehend überwinden, können jedoch hierfür unerwünscht hohe Produktionskosten erfordern. Darüber hinaus erfordern alle diese Verfahren - unabhängig davon wie robust -, dass zumindest ein Abschnitt der PV-Kette von einem leitfähigen Streifen bedeckt ist, welcher ein Auftreffen der Sonnenstrahlung auf diesen Abschnitt der Kette blockiert und somit die Effizienz des Systems reduziert. Infolgedessen besteht ein Bedarf an verbesserten Verfahren zur Verbindung von PV-Zellen zu Ketten und für verbesserte Ketten von miteinander verbundenen Zellen. Insbesondere besteht ein Bedarf an Ketten und an Verfahren zu ihrer Bildung, welche die Verbindungskosten reduzieren und den Anteil jeder PV-Zelle reduzieren, welcher durch den Verbindungsmechanismus bedeckt ist, während die Fähigkeit der Zelle einer Beanspruchung standzuhalten beibehalten oder verbessert wird.
Die ICI-Technologie (Integrierte Zellverbindung, Integrated Cell Interconnect) überwindet das obige Problem, beruht jedoch gegenwärtig auf einer Cu-Gitter-Sammlungsstruktur, welche in einem subtraktiven Prozess gebildet wird. Eine durch elektrolytische Abscheidung gebildete Cu-Folie wird auf eine Polymerbahn laminiert und anschließend werden mehr als 90% der Cu-Masse entfernt. Die relative Oberfläche von entferntem Cu ist noch größer. Während ein Teil des Cu, der entfernt wird, zurückgewonnen werden kann, ist das Verfahren relativ kostspielig und ineffizient und nur einige Lieferanten weltweit sind dazu in der Lage, die auf diese Weise hergestellte flexible Verbindungsstruktur zu liefern. Darüber hinaus muss das wiedergewonnene Cu für Anwendungen, welche besondere Reinheitsgrade erfordern, raffiniert und aufbereitet werden.
Zusätzlich verwendet der Prozess eines Plattierens und subtraktiven Ätzens, welcher der Bildung von Stromgitterstrukturen zugeordnet ist, starke chemische Bäder, die das Substrat verfälschen können (was eine Leistungsfähigkeit oder eine Zuverlässigkeit eines Solarmoduls beeinträchtigt) oder Einschränkungen für geeignete Substratmaterialien auferlegen.
Aus all den oben genannten Gründen besteht ein Bedarf an verbesserten Vorrichtungen und Verfahren zur Bildung leitfähiger Gittermuster an flexiblen Substraten, wie beispielsweise transparenten Polymerfolien.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung stellt Systeme und Vorrichtungen gemäß den Schutzansprüchen bereit und erläutert Verfahren, die eine Bildung von leitfähigen Gittern auf Polymerfolien betreffen. In einigen Ausführungsbeispielen kann ein in einer neuerungsgemäßen Vorrichtung durchgeführtes Verfahren zur Bildung eines leitfähigen Metallgitters auf einer transparenten Polymerfolie ein Aufbringen einer elektrisch isolierenden Beschichtung auf einen elektrisch leitfähigen Zylinder, wobei die Beschichtung gemustert ist, um Abschnitte einer leitfähigen Oberfläche des Zylinders entsprechend einem zu bildenden Gittermuster freizulegen; wenigstens teilweises Eintauchen des Zylinders in eine metallhaltige Lösung; Aufbringen eines elektrischen Stroms auf den leitfähigen Zylinder, wodurch eine elektrolytische Abscheidung eines Metalls auf die freigelegten Abschnitte der leitfähigen Oberfläche und ein Bilden eines leitfähigen Metallgitters auf dem Zylinder bewirkt werden; Drehen des Zylinders bis das leitfähige Gitter mit einer transparenten Polymerfolie in Berührung kommt, welche um einen Abschnitt des Zylinders gewickelt ist; und Trennen der Folie von dem Zylinder umfassen, wobei das leitfähige Gitter an Folie angebracht ist.
In einigen Ausführungsbeispielen kann ein in einer neuerungsgemäßen Vorrichtung durchgeführtes Verfahren zur Bildung eines leitfähigen Sammelgitters für ein Photovoltaikmodul ein Aufbringen einer elektrisch isolierenden Beschichtung auf eine Trommel, welche eine elektrisch leitfähige Oberfläche aufweist; Mustern der elektrisch isolierenden Beschichtung, um Bereiche der leitfähigen Oberfläche der Trommel entsprechend einem Gittermuster freizulegen; Elektrolytisches Abscheiden eines Metalls auf die freigelegten Bereiche der leitfähigen Oberfläche, um ein metallisches Sammelgitter zu bilden, welches an der leitfähigen Oberfläche angebracht ist; Inberührungbringen des Sammelgitters mit einer transparenten Polymerfolie, während das Sammelgitter an der leitfähigen Oberfläche angebracht ist, wodurch bewirkt wird, dass das Sammelgitter an der Polymerfolie haftet; und Trennen der transparenten Polymerfolie von der Trommel umfassen, wobei das Gittermuster an der Polymerfolie angebracht ist.
In einigen Ausführungsbeispielen umfasst ein in einer neuerungsgemäßen Vorrichtung durchgeführtes Verfahren zur Bildung eines leitfähigen Gitters auf einer transparenten flexiblen Folie: Bereitstellen einer elektrisch leitfähigen Oberfläche, welche teilweise mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung bedeckt ist, wobei ein unbedeckter Abschnitt der leitfähigen Oberfläche einem Gittermuster entspricht; Elektrolytisches Abscheiden eines leitfähigen Materials auf den unbedeckten Abschnitt der leitfähigen Oberfläche, um ein leitfähiges Gitter zu bilden, welches an der leitfähigen Oberfläche angebracht ist; Inberührungbringen der elektrisch isolierenden Beschichtung und des leitfähigen Gitters mit einer transparenten flexiblen Folie; und Trennen der transparenten flexiblen Folie von der elektrisch isolierenden Beschichtung, wobei das leitfähige Gitter an der transparenten flexiblen Folie angebracht ist.
In einigen Ausführungsbeispielen kann ein in einer neuerungsgemäßen Vorrichtung durchgeführtes kostengünstiges additives Verfahren mit hoher Rate zur Bildung eines leitfähigen metallischen Gitters von beliebiger Komplexität auf einer transparenten haftenden Polymerfolie Verwenden einer elektrisch isolierenden Antihaftbeschichtung auf einem metallischen Zylinder, wobei die isolierende Beschichtung zuerst gemustert wird, um die leitfähige Oberfläche des metallischen Zylinders in vorausgewählten Bereichen freizulegen; wenigstens teilweises Eintauchen des Zylinders in eine chemische Lösung, wobei ein leitfähiges Metall elektrolytisch in die Merkmale abgeschieden wird, welche in die isolierende Schicht gemustert sind, Abziehen des elektrolytisch abgeschiedenen metallischen Gitters, welches in die gemusterten Bereiche elektrolytisch abgeschieden worden ist, um den leitfähigen metallischen Zylinder freizulegen, auf eine haftende Polymerfolie, wenn die haftende Polymerfolie um einen Abschnitt des äußeren Umfangs des Zylinders gewickelt wird; und Trennen der Polymerfolie von dem Zylinder umfassen, wobei ein metallisches Gitter erzeugt wird, welches an der haftenden Polymerfolie haftet.
Merkmale, Funktionen und Vorteile können unabhängig in verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung erzielt werden oder können in noch anderen Ausführungsbeispielen kombiniert werden, deren weitere Details unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die Zeichnungen ersichtlich sind.
Figurenliste

1 ist eine isometrische Ansicht einer veranschaulichenden Vorrichtung zur Bildung eines leitfähigen Gitters auf einer transparenten Polymerfolie.
2 ist eine vergrößerte Teilansicht eines veranschaulichenden leitfähigen Gittermusters, welches auf einer transparenten Polymerfolie in Übereinstimmung mit Aspekten der vorliegenden Offenbarung gebildet ist.
3 ist ein Flussdiagramm, welches Schritte darstellt, die in einem veranschaulichenden Verfahren zur Bildung eines leitfähigen Metallgitters auf einer transparenten Polymerfolie durchgeführt werden.
4 ist ein Flussdiagramm, welches Schritte darstellt, welche in einem veranschaulichenden Verfahren zur Bildung eines leitfähigen Sammelgitters für ein Photovoltaikmodul durchgeführt werden.
5 ist ein Flussdiagramm, welches Schritte darstellt, welche in einem veranschaulichenden Verfahren zur Bildung eines leitfähigen Gitters auf einer transparenten flexiblen Folie durchgeführt werden.
6 ist eine isometrische Ansicht einer veranschaulichenden Vorrichtung zum Laseraufrauen einer Oberfläche in Übereinstimmung mit Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
7 ist eine vergrößerte Teilansicht eines veranschaulichenden Musters mikroskopischer Spalte auf einer laseraufgerauten Oberfläche.
8 ist ein Flussdiagramm, welches Schritte darstellt, welche in einem anderen veranschaulichenden Verfahren zur Bildung eines leitfähigen Metallgitters auf einer transparenten Polymerfolie durchgeführt werden.
9 ist ein Flussdiagramm, welches Schritte darstellt, welche in einem anderen veranschaulichenden Verfahren zur Bildung eines leitfähigen Sammelgitters für ein Photovoltaikmodul durchgeführt werden.
10 ist ein Flussdiagramm, welches Schritte darstellt, welche in einem anderen veranschaulichenden Verfahren zur Bildung eines leitfähigen Gitters auf einer transparenten flexiblen Folie durchgeführt werden.
11 ist ein Flussdiagramm, welches Schritte darstellt, welche in einem veranschaulichenden Verfahren zur Herstellung eines gemusterten Zylinders in Übereinstimmung mit Aspekten der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden.
12 ist ein Flussdiagramm, welches Schritte darstellt, welche in einem veranschaulichenden Verfahren zur Herstellung einer gemusterten Trommel durchgeführt werden.
13 ist ein Flussdiagramm, welches Schritte darstellt, welche in einem veranschaulichenden Verfahren zur Herstellung einer gemusterten Oberfläche durchgeführt werden.

BESCHREIBUNG
Überblick
Verschiedene Ausführungsbeispiele eines Systems zur additiven Bildung eines leitfähigen Gitters auf einer transparenten haftenden Polymerfolie (oder einer anderen geeigneten Polymerfolie) sowie zugehörige Verfahren werden nachstehend beschrieben und in den zugeordneten Zeichnungen veranschaulicht werden. Sofern nicht anders aufgeführt, können ein Gitterbildungssystem und/oder seine verschiedenen Komponenten wenigstens eines aus der Struktur, den Komponenten, der Funktionalität und/oder den Variationen, die hierin beschrieben, veranschaulicht und/oder aufgenommen sind, enthalten, müssen dies jedoch nicht. Darüber hinaus können die Prozessschritte, die Strukturen, die Komponenten, die Funktionalitäten und/oder die Variationen welche in Verbindung mit den vorliegenden Lehren beschrieben, veranschaulicht und/oder aufgenommen sind in anderen ähnlichen Gitterbildungssystemen umfasst sein, müssen dies jedoch nicht. Die folgende Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele ist lediglich beispielhafter Natur und ist nicht dazu bestimmt, die Offenbarung, deren Anwendung oder Verwendungen zu beschränken. Zusätzlich sind die Vorteile, welche durch die Ausführungsbeispiele wie nachstehend beschrieben bereitgestellt werden, lediglich veranschaulichender Natur und nicht alle Ausführungsbeispiele stellen die gleichen Vorteile oder den gleichen Grad von Vorteilen bereit.
Hierin offenbarte Gitterbildungssysteme überwinden einige Nachteile, welche typischen Gitterbildungstechniken innewohnen. Zum Beispiel führen existierende Cu-Abscheidungs- und subtraktive Ätzverfahren zu hohen Prozentsätzen von nicht rückgewinnbarer Verschwendung und potentieller Substratverfälschung. Im Gegensatz dazu führen die hierin beschriebenen additiven Gitterbildungsverfahren zu geringer oder vernachlässigbarer Verschwendung und setzen das Substrat (d. h. Die Polymerfolie) keinen potentiell schädlichen chemischen Bädern aus.
Im Allgemeinen kann ein additives Gitterbildungssystem eine drehbare Trommel umfassen, welche eine elektrisch leitfähige äußere Oberfläche aufweist, welche mit einer isolierenden Antihaftschicht, zum Beispiel Polytetrafluorethylen (PTFE), beschichtet ist. In der Isolierschicht kann ein Gittermuster gebildet sein, so dass die darunterliegende leitfähige Oberfläche dort freigelegt ist, wo das Gittermuster vorhanden ist. Die Trommel kann teilweise in ein chemisches Bad eingetaucht sein, welches ein leitfähiges Metall enthält (e.g. Kupferionen), wobei die Achse der Trommel im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche des Bades ist. Ein unterer Abschnitt der Trommel kann eingetaucht sein, während ein oberer Abschnitt außerhalb des Bades verbleibt, so dass eine Drehung der Trommel bewirkt, dass die gemusterte äußere Oberfläche der Trommel in das Bad eintritt und nachfolgend wieder aus diesem austritt.
Es kann ein elektrischer Strom aufgebracht werden, was zu einer elektrolytischen Abscheidung des Cu (oder eines anderen leitfähigen Metalls) auf den eingetauchten Abschnitt der Trommel führt. Da die Oberfläche mit Ausnahme des Gittermusters jedoch mit einem isolierenden Material bedeckt ist, wird das Cu nur auf das freigelegte Gittermuster abgeschieden.
Eine transparente Polymerfolie, welche eine haftende Oberfläche aufweisen kann, kann in Berührung mit einem nicht eingetauchten Abschnitt der Drehtrommel angeordnet sein. Die Folie kann mit der Trommel in Berührung kommen, nachdem die Trommeloberfläche das Bad verlässt und kann um einen nicht eingetauchten Abschnitt der Trommel gewickelt werden. Die Folie kann dann von der Trommeloberfläche vor deren Wiedereintritt in das Bad entfernt werden. Es können ein Druck und/oder eine Erwärmung aufgebracht werden, so dass die Folie auf die Oberfläche der Trommel laminiert wird und danach beim Austritt abgezogen wird. Diese Laminierung und die anschließende Trennung führen dazu, dass das Cu-Gitter an der Polymerfolie angebracht und von der Trommeloberfläche entfernt wird. Eine elektrisch leitfähige Beschichtung kann zu dem freigelegten Gittermuster der Trommel derart hinzugefügt werden, dass die Beschichtung als eine Freigabeschicht wirkt, um zu erleichtern, dass das Gitter vorzugsweise an der Polymerfolie angebracht wird.
Die Polymerfolie kann eine Rolle oder eine Spule eines Polymerfolienmaterials oder eine andere im Wesentlichen kontinuierliche Quelle von Polymerfolien umfassen. Dementsprechend kann die Polymerfolie kontinuierlich auf die Trommel und von dieser weg geführt werden, wenn die Trommel in das chemische Bad und aus diesem heraus gedreht wird, so dass durch das System eine kontinuierliche Folie mit einem elektrisch leitfähigen Gitter hergestellt wird. Das System kann ein Rolle-zu-Rolle-System (roll-to-roll system) umfassen, so dass die metallisierte Folie auf eine Aufnahmerolle aufgewickelt wird.
Beispiele, Komponenten und Alternativen
Die folgenden Abschnitte beschreiben ausgewählte Aspekte von beispielhaften Gitterbildungssystemen sowie von zugehörigen Systemen und/oder Verfahren. Die Beispiele in diesen Abschnitten sind für eine Veranschaulichung bestimmt und sollten nicht so interpretiert werden, dass sie den gesamten Umfang der vorliegenden Offenbarung beschränken. Jeder Abschnitt kann eine oder mehrere unterschiedliche Erfindungen und/oder kontextbezogene oder zugehörige Informationen, Funktionen und/oder Strukturen umfassen.
Veranschaulichende Vorrichtung
Wie in den 1-2 dargestellt, betrifft dieser Abschnitt der vorliegenden Offenbarung eine veranschaulichende Vorrichtung, die verwendet werden kann, um ein leitfähiges Metallgitter auf einer transparenten Polymerfolie zu bilden.
1 stellt ein Beispiel einer Gitterbildungsvorrichtung, welche allgemein mit 100 bezeichnet ist, zur Bildung eines leitfähigen Metallgitters 102 auf einer transparenten Polymerfolie 104 dar. Die Vorrichtung 100 umfasst einen Badbehälter 106, einen elektrisch leitfähigen Zylinder 108, Presselemente 110, 112, 114, 116, welche an Abschnitten des Zylinders 108 angeordnet sind und Heizvorrichtungen 118 und 120. Die Heizvorrichtung 118 ist innerhalb des Zylinders 108 in der Nähe der Presselemente 110 und 112 angeordnet. Die Heizvorrichtung 120 ist innerhalb des Presselements 110 angeordnet.
Der Badbehälter 106 ist dazu eingerichtet, eine metallhaltige Lösung 122 für eine elektrolytische Abscheidung zu enthalten und kann beliebige geeignete Strukturen und Komponenten umfassen, welche dazu eingerichtet sind, den Zylinder 108 wenigstens teilweise in der Lösung aufzunehmen. Der Badbehälter kann beispielsweise Wände 124, 126, 128, 130 und einen Boden 132 umfassen, welche dazu eingerichtet sind, die Lösung 122 für eine elektrolytische Abscheidung zu enthalten. Der Badbehälter 106 bildet eine offene Oberfläche, welche allgemein mit 134 bezeichnet ist und dazu eingerichtet ist, den elektrisch leitfähigen Zylinder 108 aufzunehmen. Der Badbehälter 106 kann ein elektrisch neutrales Material umfassen. Der Badbehälter 106 kann beispielsweise aus Kunststoff hergestellt sein. In einigen Fällen (nicht dargestellt) kann die Gesamtheit der Vorrichtung 100 geschlossen sein.
Die Lösung 122 für eine elektrolytische Abscheidung, welche ebenfalls als eine metallhaltige Lösung bezeichnet wird, kann eine geeignete Zusammensetzung aufweisen, welche dazu eingerichtet ist, ein elektrolytisch abscheidbares Ion oder eine Kombination von elektrolytisch abscheidbaren Ionen zu transportieren. Die Lösung 122 für eine elektrolytische Abscheidung kann beispielsweise eine wässrige Lösung sein, welche Kupferionen, Kupferionen plus einige andere metallische Ionen, wie Nickel oder Chrom, oder ein anderes geeignetes metallisches Ion oder eine Kombination von Ionen enthält. Die Ionen in der Lösung 122 werden im Allgemeinen von einer oder mehreren Materialquellen (nicht dargestellt) bereitgestellt werden, welche die Lösung eingetaucht sind und welche als eine elektrische Anode wirken, wie es in der Technik der elektrolytischen Abscheidung allgemein bekannt ist.
Der elektrisch leitfähige Zylinder 108, welcher ebenfalls als eine Trommel, eine Tonne und/oder ein Dorn bezeichnet werden kann, kann geeignete Strukturen und Komponenten umfassen, welche dazu eingerichtet sind, einen aufgebrachten elektrischen Strom zu leiten und sich um eine Achse zu drehen. Der elektrisch leitfähige Zylinder 108 kann beispielsweise ein Zylinder aus nichtrostendem Stahl oder Aluminium sein, welcher eine leitfähige Oberfläche 136 aufweist. Wie in 1 dargestellt, kann der Zylinder 108 dazu eingerichtet sein, sich teilweise innerhalb der Lösung 122 zu drehen. Der elektrisch leitfähige Zylinder weist eine elektrisch isolierende Beschichtung 138 auf, die gemustert ist, um Abschnitte der leitfähigen Oberfläche 136 freizulegen. In einigen Fällen kann der Zylinder 108 hohl sein, wie in 1 dargestellt, während hingegen der Zylinder in anderen Fällen in dessen Inneren im Wesentlichen massiv oder teilweise massiv ausgebildet sein kann. In einigen Beispielen kann sich der Zylinder 108 um eine Mittelachse (nicht dargestellt) drehen. In einigen Fällen kann eine Drehung des Zylinders 108 durch die Bewegung der Polymerfolie 104 angetrieben sein. In anderen Fällen kann der Zylinder 108 auf eine andere Art und Weise gedreht werden, beispielsweise durch eine Drehung eine Mittelachse, welche starr an dem Zylinder angebracht ist.
Die elektrisch isolierende Beschichtung 138 kann geeignete Strukturen und Komponenten umfassen, welche dazu eingerichtet sind, eine elektrische Isolierung, eine Inertanz gegenüber Chemikalien zur elektrolytischen Abscheidung, eine Haftung an dem Zylinder 108, unter Laminierbedingungen keine Haftung oder eine geringe Haftung an der transparenten Polymerfolie 104 und eine Widerstandsfähigkeit gegenüber Laminiertemperaturen bereitzustellen (ca. 160°C). Die elektrisch isolierende Beschichtung kann aus Fluorpolymer, Chlorfluorpolymer oder einem anderen geeigneten duroplastischen oder thermoplastischen Polymer hergestellt sein. In einigen Beispielen kann die elektrisch isolierende Beschichtung 138 PTFE umfassen. Die Beschichtung kann eine gewünschte Dicke aufweisen, welche in etwa der gewünschten Dicke eines zu erzeugenden leitfähigen Gitters entspricht. Die Beschichtungsdicke kann gewählt werden, um die Dicke des Gitters, radial gemessen in Bezug auf den Zylinder, zu steuern. Die Beschichtung kann beispielsweise weniger als etwa 50 Mikrometer dick sein und die Beschichtung kann in einigen Fällen etwa 25 bis etwa 30 Mikrometer dick sein.
Ein Mustern der elektrisch isolierenden Beschichtung kann beispielsweise über einen Laser erreicht werden, welcher verwendet wird, um die isolierende Beschichtung selektiv bis auf die darunterliegende leitfähige Oberfläche zu entfernen. Ein resultierendes Muster, allgemein mit 140 bezeichnet, kann Linien und Verbindungsbereiche mit verschiedenen Abmessungen umfassen. Jedes beliebige Muster kann gebildet werden, was zu einer großen Design-Flexibilität führt. In einigen Beispielen kann das Muster 140 einem gewünschten leitfähigen Gitter 102 entsprechen, welches dazu eingerichtet ist, Paare benachbarter photovoltaischer Zellen (PV) elektrisch miteinander zu verbinden. Beispielsweise kann das Muster 140 dünne parallele Längslinien, dickere Querlinien und Verbindungsbereiche umfassen, welche jeweils die Formen von Gitterlinien 142, Stromschienen 144 und Verbindungsbereichen 146 des Gitters 102 bilden, welche nachstehend mit Bezug auf 2 beschrieben werden.
Die Presselemente 110, 112, 114, 116 sind dazu eingerichtet, eine transparente Polymerfolie, wie zum Beispiel die Folie 104, zu führen und gegen den Zylinder 108 zu pressen. Die Presselemente 110, 112, 114, 116 können Druckwalzen oder Andrückrollen (oder Rollen) umfassen und können kleinere, gepaarte Zylinder sein, welche benachbart zu dem Zylinder 108 angeordnet sind. In dem in 1 dargestellten Beispiel ist ein erstes Paar von Andrückrollen 110 und 112 an gegenüberliegenden Seiten (d.h. oberhalb und unterhalb) der leitfähigen Oberfläche 136 an der gewünschten Position angeordnet, an welcher die Folie 104 die Oberfläche 136 berühren soll. In anderen Worten kann sich das eine Presselement (110) außerhalb des Zylinders 108 und das andere Presselement (112) kann sich innerhalb des Zylinders befinden. In ähnlicher Art und Weise ist ein zweites Paar von Andrückrollen 114 und 116 an gegenüberliegenden Seiten der Oberfläche 136 stromabwärts des ersten Paares an einer gewünschten Position angeordnet, an welcher sich die Folie 104 von der Kontaktoberfläche 136 trennen soll. Dementsprechend wickelt sich die Folie 104 um einen Abschnitt des Zylinders 108 zwischen den beiden Paaren von Rollen. In einigen Beispielen kann das Gewicht des Zylinders 108 durch die unteren Presselemente 112 und 116 gehaltert sein und/oder eine Drehung des Zylinders 108 durch die Presselemente angetrieben sein, deren Drehung wiederum in einigen Fällen durch eine Drehung der Folie 104 angetrieben ist. In einigen Beispielen können eine oder beide inneren Rollen fehlen, beispielsweise wenn der Zylinder 108 an eine Mittelachse gehaltert ist und ein Druck von äußeren Rollen aufgebracht wird, um die Laminierung zu erreichen.
Wie vorstehend angedeutet, bildet ein erster Raum zwischen dem Presselement 110 und der leitfähigen Oberfläche 136 einen Eingang 148 für die transparente Folie 104, während ein zweiter Raum zwischen dem Presselement 114 und der leitfähigen Oberfläche 136 einen Ausgang 150 für die transparente Folie 104 bildet. Eine Drehung des Zylinders 106, welche allgemein mit 152 bezeichnet ist, wird zu einer Drehung der Presselemente 110-116 (oder in einigen Fällen umgekehrt) führen, wodurch bewirkt wird, dass die Folie 104 gegen den Zylinder 106 an dem Eingang 148 gepresst wird. Diese Drehung erlaubt der Folie 104 ebenfalls an dem Ausgang 150, von dem Zylinder 106 weg, angehoben zu werden. In Verbindung mit der durch die Druckwalzen erzeugte Pressung wird das Anwenden einer geeigneten Spannung auf die Polymerfolie bewirken, dass die Folie in einem Zwischenbereich 154 zwischen dem Eingangspunkt und dem Ausgangspunkt gegen den Zylinder gepresst bleibt.
Zusätzlich zu dem Druck von den Presselementen kann ein Laminieren der Folie 104 auf die Trommel durch eine Klebstoffschicht auf der Folie 104 (und/oder auf dem Zylinder 108) und/oder durch Anwendung von Wärme unterstützt werden. In einigen Beispielen wird Wärme ohne zusätzlichen Klebstoff angewandt. In einigen Beispielen wird ein Klebstoff verwendet, um die Übertragung des leitfähigen Gitters auf die Polymerfolie zu erleichtern. Es kann beispielsweise ein thermoplastischer Klebstoff verwendet werden, welcher durch Erwärmung aktiviert werden kann. Für einen dieser Zwecke können eine oder mehrere Heizvorrichtungen verwendet werden. Solche Heizvorrichtungen können (eine) geeignete Vorrichtung/Vorrichtungen umfassen, welche dazu eingerichtet sind, Laminierungstemperaturen in Bezug auf eine transparente Polymerfolie 104 zu erzeugen. Beispielsweise kann eine erste Heizvorrichtung 120 innerhalb des Presselements 110 angeordnet sein und eine zweite Heizvorrichtung 118 kann innerhalb des Zylinders 108 angeordnet sein. Die Heizvorrichtungen 118 und 120 können Induktionsheizelemente und/oder Widerstandselemente umfassen, welche verwendet werden, um Temperaturen von ca. 160 °C zu erzeugen. Im Allgemeinen können die Heizvorrichtungen 118 und 120 dazu verwendet werden, die Temperaturen der Polymerfolie, der äußeren Druckwalze und/oder des Hauptzylinders in der Nähe des Eingangspunkts 148 zu erhöhen.
Wie in 1 dargestellt, ist auf dem Zylinder 108 ein Metallgitter 102 gebildet und klebt bzw. haftet an der Folie 104 in einem Zwischenbereich 154 und/oder ist auf diese laminiert. Das Gitter wird dann von dem Zylinder 108 entfernt, wenn die Folie 104 an oder nahe dem Ausgang 150 abgezogen wird. Um ein Lösen des Gittermaterials von der Trommel zu erleichtern, kann eine optionale Freigabeschicht oder können Freigabeoberflächen auf die freigelegten leitfähigen Oberflächen des Musters 140 aufgebracht werden. Diese Freigabeschicht kann zum Beispiel elektroplattiertes Chrom, Nickel-Teflon, Chrom-Polymer, Nickel-Bornitrid und/oder andere ähnliche leitfähige Schichten umfassen, die selektiv auf die freigelegten leitfähigen Dornoberflächen aufgebracht werden können.
Die Kombination des Metallgitters 102 und der Folie 104 bildet eine flexible metallisierte Folie 156, welche dann beispielsweise für eine weitere PV-Herstellung, wie zum Beispiel in flexiblen PV-Paneelen verwendbar sind. Die metallisierte Folie 156 kann als eine metallisierte Polymerfolie und/oder ein leitfähiges Gitterlaminat oder eine leitfähige Gitterschicht bezeichnet werden.
Im Hinblick auf 2 ist eine vergrößerte Teilansicht einer metallisierten Folie 156 dargestellt, welche mögliche Details eines Gittermusters veranschaulicht, welches auf einer Polymerfolie gemäß Aspekten der vorliegenden Lehren gebildet sein kann. Hierin ist das Gitter 102 auf einer Polymerfolie 104 derart dargestellt, dass es die Gitterlinien 142, die Stromschienen 144 und die Verbindungsbereiche 146 umfasst. Im Allgemeineren Sinne kann unter Verwendung der Verfahren und der Vorrichtungen der vorliegenden Lehren ein geeignetes metallisiertes Gittermuster auf einem flexiblen Substrat gebildet werden.
Die transparente Polymerfolie 104 ist derart eingerichtet, dass sie eine selektive Haftung, Flexibilität und Beständigkeit gegenüber Laminierungstemperaturen bereitstellt. Wenn beispielsweise die transparente Polymerfolie 104 durch die Heizvorrichtungen 118 und 120 erwärmt wird, kann die Folie zwar an dem neu auf dem Zylinder 106 gebildeten Metallgitter 102 jedoch nicht an der elektrisch isolierenden Beschichtung 138 haften. Die transparente Polymerfolie 104 kann aus einem thermoplastischen Polymer wie zum Beispiel thermoplastischen Polyolefin / Polyethylenterephthalat (TPO/PET) oder dergleichen hergestellt sein.
Das Gitter 102 ist aus einem elektrolytisch abgeschiedenen Metall zusammengesetzt, welches Gitterlinien 142, Stromschienen 144 und Verbindungsbereiche 146 bildet. Die in 2 dargestellte Gittergeometrie dient lediglich zur Veranschaulichung und sollte nicht als beschränkend betrachtet werden. Gitterlinien, Stromschienen und Zwischenbereiche können verschiedene Abmessungen entsprechend eines gewünschten Gitters aufweisen, welches dazu eingerichtet ist, benachbarte photovoltaische Zellen eines bestimmten Typs elektrisch miteinander zu verbinden oder, in einigen Fällen, lediglich durch eine einzelne Zelle erzeugten elektrischen Strom zu sammeln.
In dem Ausführungsbeispiel aus 2 sind die Gitterlinien 142 dünne parallele Linien, welche sich von der Stromschiene 144 in Längsrichtung in rechteckigen Schleifen erstrecken. Die Gitterlinien 142 weisen typischerweise eine Breite, welche unterhalb von etwa 200 Mikrometer liegt, und eine Dicke auf, welche unterhalb von etwa 50 Mikrometer liegt.
Die Stromschiene 144 verbindet die Gitterlinien 142. Die Stromschiene 144 weist eine Breite auf, welche im Wesentlichen größer als die Breite der Gitterlinien ist, und weisen wie die Gitterlinien typischerweise eine Dicke unterhalb von 50 Mikrometer auf. Die Größe des Gittermusters kann nach Bedarf, beispielsweise zur Anpassung an verschiedene PV-Zellenabmessungen, variiert werden.
Die Zwischenbereiche 146 umfassen Quererstreckungen der Stromschiene 144. in dem Ausführungsbeispiel aus 2 ist der Bereich 146 derart eingerichtet, dass er sich über die Grenze einer ersten durch die entsprechende Stromschiene berührte PV-Zelle hinaus erstreckt, um einen Kontakt mit einem Abschnitt einer benachbarten zweiten PV-Zelle herzustellen. Durch ein angemessenes elektrisches Isolieren dieser Abschnitte der benachbarten Zellen und ein Bewirken, dass die Zwischenbereiche 146 einen elektrischen Kontakt mit einem Rückkontakt der benachbarten Zelle herstellen, kann das Gitter 102 dazu verwendet werden, die benachbarten Zellen elektrisch miteinander in Reihe zu verbinden. Die Gitterlinien, die Stromschienen und die Verbindungsbereiche werden im Allgemeinen die gleiche Dicke von elektrolytisch abgeschiedenem Metall aufweisen, welche, wie vorstehend erwähnt, typischerweise weniger als 50 Mikrometer beträgt und einer Dicke der Beschichtung 138 entsprechen kann.
Veranschaulichende Verfahren
Dieser Abschnitt beschreibt Schritte, welche in neuerungsgemäßen Vorrichtungen in verschiedenen Verfahren zur Bildung metallisierter Gitter auf Polymerfolien durchgeführt werden; siehe 3-5. In den nachstehend beschriebenen Verfahrensschritten können Aspekte der Gitterbildungsvorrichtung 100 verwendet werden. Wo angebracht, wird Bezug auf die vorstehend beschriebenen Komponenten und Systeme genommen werden, die zur Ausführung jedes Schrittes verwendet werden können. Diese Bezugnahmen dienen zur Veranschaulichung und sind nicht dazu bestimmt, die möglichen Arten zur Ausführung eines bestimmten Schritts des Verfahrens einzuschränken.
3 ist ein Flussdiagramm, welches Vorgänge veranschaulicht, welche in einem veranschaulichenden Verfahren durchgeführt werden, und trägt möglicherweise nicht den vollständigen Prozess oder alle Schritte des Verfahrens vor. 3 stellt mehrere Schritte eines im Allgemeinen mit 200 bezeichneten Verfahrens dar, welche in Verbindung mit Gitterbildungssystemen in Übereinstimmung mit Aspekten der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden können. Obwohl nachstehend verschiedene Schritte des Verfahrens 200 beschrieben werden und in 3 dargestellt sind, müssen die Schritte nicht notwendigerweise alle durchgeführt werden und können in einigen Fällen in einer von der dargestellten Reihenfolge abweichenden Reihenfolge durchgeführt werden.
Schritt 202 umfasst ein Aufbringen einer elektrisch isolierenden Beschichtung auf einen leitfähigen Zylinder, wobei Abschnitte des Zylinders in einem Gittermuster freigelegt bleiben. Zum Beispiel kann eine isolierende Beschichtung wie PTFE auf eine leitfähige Trommel aufgebracht werden wobei in der Beschichtung ein Gittermuster gebildet wird, um die darunterliegende leitfähige Trommel freizulegen. Das Gittermuster kann als eine oder mehrere elektrische Schaltungen für PV-Zellen eingerichtet sein. Das Gittermuster in der Beschichtung kann beispielsweise durch ein Laserätzen des Musters gebildet werden, nachdem die Beschichtung auf die Trommel aufgebracht worden ist. In anderen Fällen kann das Gittermuster durch chemisches oder physisches Maskieren der leitfähigen Trommel vor einem Aufbringen der isolierenden Schicht, gefolgt von einer Entfernung des Maskierungsmittels gebildet werden.
Schritt 204, welcher optional ist, umfasst ein Aufbringen einer leitfähigen Freigabeschicht auf die freigelegten Abschnitte des leitfähigen Zylinders. Beispielsweise können die Abschnitte, die freigelegt sind, d.h. das Gittermuster in der Beschichtung, ein darauf aufgebrachtes Freigabematerial umfassen. Dementsprechend wird Metall in das Gittermuster abgeschieden werden (siehe Schritt 208), wird jedoch mit geringerer Wahrscheinlichkeit an den freigelegten leitfähigen Abschnitten des Zylinders haften bleiben oder auf andere Weise daran angebracht bleiben, wenn es von einer Polymerfolie berührt wird. Geeignete Freigabematerialien umfassen Chrom, Nickel-Teflon, Chrom-Polymer, Nickel-Bornitrid und/oder dergleichen, welche beispielsweise durch elektrolytische Abscheidung aufgebracht werden können. Die Freigabeschicht ist als eine dünne Beschichtung aufgebracht, wobei ein geätztes Muster zurückbleibt, welches eine Tiefe aufweist, welche ähnlich zu der gewünschten Dicke des zu bildenden und schließlich auf eine flexible Folie aufzubringenden Gittermusters ist.
Schritt 206 umfasst wenigstens teilweises Eintauchen des Zylinders in eine metallhaltige Lösung. Der Zylinder kann beispielsweise teilweise in einer radialen Richtung eingetaucht werden, so dass zwar die gesamte Länge jedoch nicht der gesamte Umfang des Zylinders eingetaucht ist. Obwohl die Trommel der Vorrichtung hierin als ein Zylinder beschrieben wird, kann jede geeignete Form verwendet werden. Der Zylinder kann während nachfolgender Schritte so eingetaucht bleiben.
Schritt 208 umfasst ein Aufbringen eines elektrischen Stroms auf den leitfähigen Zylinder, um eine elektrolytische Abscheidung eines leitfähigen Gitters zu bewirken. Jedes geeignete Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung kann verwendet werden, so dass ein Metall in der metallhaltigen Lösung in das Gittermuster des Zylinders abgeschieden wird, wodurch das leitfähige Gitter gebildet wird.
Schritt 210 umfasst ein Drehen des Zylinders, bis das leitfähige Gitter in Berührung mit einer transparenten Polymerfolie kommt. Die Drehung des Zylinders kann durch jedes geeignete Verfahren bzw. jede geeignete Vorrichtung erreicht werden. Es kann beispielsweise eine motorisierte Antriebseinheit verwendet werden, um den Zylinder direkt, zum Beispiel bei einer gewählten Drehgeschwindigkeit zu drehen. In anderen Fällen kann die Polymerfolie beispielsweise durch ein Rolle-zu-Rolle-System transportiert werden und eine Reibung zwischen der Polymerfolie und dem Zylinder kann bewirken, dass sich der Zylinder mit einer durch die Bewegung der Folie festgelegten Rate dreht.
Schritt 212 umfasst ein Erwärmen der transparenten Polymerfolie. Die Polymerfolie kann direkt oder indirekt erwärmt werden. Beispielsweise kann eine Rolle oder eine andere Komponente beheizt sein und in Berührung mit der Folie angeordnet sein, wodurch Wärme auf die Folie übertragen wird. In anderen Fällen kann die Folie direkt mit einer zugeordneten Heizvorrichtung erwärmt werden, bevor oder nachdem sie mit dem leitfähigen Zylinder in Berührung kommt.
Schritt 214 umfasst ein Erwärmen wenigstens eines Abschnitts des leitfähigen Zylinders. Der leitfähige Zylinder kann beispielsweise in einem Bereich des Zylinders erwärmt werden, welcher benachbart zu der Stelle ist, an welcher das leitfähige Gitter in Berührung mit der Polymerfolie kommt. Um den Zylinder zu erwärmen, kann jeder geeignete Heizmechanismus verwendet werden. Beispielsweise kann ein induktives Heizelement an einer festen Stelle neben dem Zylinder, benachbart zu der äußeren Oberfläche oder in deren Nähe angeordnet sein.
Schritt 216 umfasst ein Pressen der transparenten Polymerfolie gegen den Zylinder. Ein Pressen kann durch jeden geeigneten Mechanismus erreicht werden. Beispielsweise kann ein Paar von Druckwalzen oder Andrückrollen verwendet werden, wobei sich eine Rolle an einer äußeren Oberfläche der Folie und die gegenüberliegende Rolle an einer inneren Oberfläche des Zylinders befindet. In einigen Beispielen kann nur eine äußere Rolle verwendet werden, um eine Pressung aufzubringen, wobei der Zylinder selbst den entgegengesetzten Druck bereitstellt. Die Pressung wird in diesem Schritt durchgeführt, um die Polymerfolie auf die äußere Oberfläche des Zylinders zu laminieren. Im Allgemeinen wird das leitfähige Gitter bevorzugter an der Polymerfolie als an dem leitfähigen Zylinder haften. Um diesen Prozess zu unterstützen, können ein oder mehrere Klebstoffe an der Polymerfolie verwendet werden. Der Klebstoff kann wärmeaktiviert sein.
Schritt 218 umfasst ein Kühlen der transparenten Polymerfolie. Es kann jedes geeignete Kühlverfahren, beispielsweise eine Zwangsluftkühlung, eine Kühlung und/oder dergleichen. Es können passive (zum Beispiel Dissipation durch gewöhnliche Konduktion, Radiation oder Konvektion) und/oder aktive Kühlverfahren verwendet werden. Dies lässt den thermoplastischen Klebstoff an dem elektrolytisch abgeschiedenen Metallgitter fest werden und reduziert die Haftung der Polymerfolie an den Abschnitten des leitfähigen Zylinders, welche das Gittermuster umgeben und/oder eine Haftung des Gittermusters an der darunterliegenden Freigabeschicht, wenn eine solche Freigabeschicht verwendet wird.
Schritt 220 umfasst ein Trennen der Folie von dem Zylinder, wobei das leitfähige Gitter an der Folie angebracht ist. Eine Trennung kann durch ein Drängen oder andererseits durch ein Ziehen der Folie in einer Richtung quer zu der Zylinderoberfläche durchgeführt werden. Eine Trennkraft kann durch eine angetriebene mechanische Einrichtung, wie zum Beispiel eine angetriebene Spindel, eine Wickelvorrichtung oder eine Fördereinrichtung bereitgestellt werden. Durch ein angemessenes Gleichgewicht der Haftkräfte zwischen der Polymerfolie, dem leitfähigen Gittermuster und dem Zylinder wird das Ergebnis der Trennung darin bestehen, dass im Wesentlichen die Gesamtheit des Gittermusters an der Polymerfolie haften wird.
4 ist ein Flussdiagramm welches Vorgänge veranschaulicht, welche in einem anderen veranschaulichenden Verfahren durchgeführt werden und trägt möglicherweise nicht den vollständigen Prozess oder alle Schritte des Verfahrens vor. 4 stellt mehrere Schritte eines im Allgemeinen mit 300 bezeichneten Verfahrens dar, welche in Verbindung mit Gitterbildungssystemen in Übereinstimmung mit Aspekten der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden können. Obwohl nachstehend verschiedene Schritte des Verfahrens 300 beschrieben werden und in 4 dargestellt sind, müssen die Schritte nicht notwendigerweise alle durchgeführt werden und können in einigen Fällen in einer von der dargestellten Reihenfolge abweichenden Reihenfolge durchgeführt werden.
Schritt 302 umfasst ein Aufbringen einer elektrisch isolierenden Beschichtung auf eine Trommel, welche eine elektrisch leitfähige Oberfläche aufweist. Die Trommel kann beispielsweise eine Metalloberfläche, beispielsweise aus Stahl oder Aluminium aufweisen. Die Trommel kann jede geeignete Form aufweisen. Die Trommel kann beispielsweise zylindrisch oder rohrförmig sein. In einigen Beispielen kann die Trommel einen ovalen oder einen polygonartigen Querschnitt aufweisen. Die elektrisch isolierende Beschichtung kann reibungsarme, Antihaft- und/oder elektrisch neutrale Eigenschaften aufweisen. Die elektrisch isolierende Beschichtung kann ein geeignetes Material, wie zum Beispiel PTFE, umfassen.
Schritt 304 umfasst ein Mustern der elektrisch isolierenden Beschichtung, um Bereiche der leitfähigen Oberfläche der Trommel entsprechend einem Gittermuster freizulegen. Die Beschichtung kann beispielsweise geätzt, maskiert, oder auf eine andere Weise zu einem Gittermuster gebildet werden, welches elektrischen Schaltungen für eine PV-Zelle oder einer Kette von Zellen entspricht.
Schritt 306 umfasst ein optionales Aufbringen einer dünnen Freigabeschicht auf die freigelegten Bereiche der leitfähigen Oberfläche. Geeignete Freigabeschichten umfassen Chrom, Nickel-Teflon, Chrom-Polymer, Nickel-Bornitrid und/oder dergleichen, welche beispielsweise durch elektrolytische Abscheidung oder durch ein anderes geeignetes Verfahren aufgebracht werden können. Die Freigabeschicht kann mit einer gewünschten Dicke aufgebracht werden. Wenn die elektrisch isolierende Beschichtung beispielsweise eine erste Dicke aufweist, wird die Freigabeschicht im Allgemeinen eine zweite Dicke aufweisen, welche geringer als die erste Dicke ist, und die Differenz zwischen der ersten Dicke und der zweiten Dicke wird ähnlich zu einer gewünschten Dicke des zu bildenden leitfähigen Gitters sein.
Schritt 308 umfasst ein elektrolytisches Abscheiden eines Metalls auf die freigelegten Bereiche der leitfähigen Oberfläche, um ein metallisches Sammelgitter zu bilden, welches an der leitfähigen Oberfläche angebracht ist. Es kann jedes geeignete Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung sowie jedes geeignete leitfähige Metall verwendet werden. Es kann beispielsweise ein chemisches Bad verwendet werden, welches Kupferionen enthält.
Schritt 310 umfasst ein Erwärmen einer transparenten Polymerfolie und/oder der leitfähigen Oberfläche der Trommel. Es kann jede geeignete Heizvorrichtung, wie vorstehend beschrieben, verwendet werden. Ein Erwärmen kann durchgeführt werden, um die Laminierung in Schritt 312 zu erleichtern und kann in einigen Fällen einen Klebstoff aktivieren, welcher auf die Folie, die Trommel oder auf beide aufgebracht ist.
Schritt 312 umfasst ein Inberührungbringen des Sammelgitters mit der transparenten Polymerfolie. Dies kann durch einen Laminierungsprozess erreicht werden, in dem die Polymerfolie unter Verwendung eines Drucks, eines Klebstoffs und/oder von Wärme auf das Gitter laminiert wird.
Schritt 314 umfasst ein Kühlen der transparenten Polymerfolie. Wie vorstehend beschrieben kann jedes geeignete Verfahren, wie eine Zwangsluftkühlung, eine Kühlung und/oder dergleichen verwendet werden. Es können passive (zum Beispiel Dissipation) und/oder aktive Kühlverfahren verwendet werden.
Schritt 316 umfasst ein Trennen der transparenten Polymerfolie von der Trommel, wobei das Gittermuster an der Polymerfolie angebracht ist.
5 ist ein Flussdiagramm, welches Vorgänge veranschaulicht, welche in einem anderen veranschaulichenden Verfahren durchgeführt werden und trägt möglicherweise nicht den vollständigen Prozess oder alle Schritte des Verfahrens vor. 5 stellt mehrere Schritte eines im Allgemeinen mit 400 bezeichneten Verfahrens dar, welche in Verbindung mit Gitterbildungssystemen in Übereinstimmung mit Aspekten der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden können. Obwohl nachstehend verschiedene Schritte des Verfahrens 400 beschrieben werden und in 5 dargestellt sind, müssen die Schritte nicht notwendigerweise alle durchgeführt werden und können in einigen Fällen in einer von der dargestellten Reihenfolge abweichenden Reihenfolge durchgeführt werden.
Schritt 402 umfasst ein Bereitstellen einer elektrisch leitfähigen Oberfläche welche teilweise mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung bedeckt ist. Die elektrisch leitfähige Oberfläche kann eine Oberfläche einer elektrisch leitfähigen Trommel umfassen. Die isolierende Beschichtung kann eine Schicht eines im Wesentlichen inerten Materials umfassen.
Schritt 404 umfasst optional ein Aufbringen einer Freigabeschicht auf den unbedeckten Abschnitt der leitfähigen Oberfläche, wobei der zuvor unbedeckte Abschnitt der leitfähigen Oberfläche weiterhin bei einem gewünschten Betrag einer Tiefe unterhalb der Oberfläche der elektrisch isolierenden Beschichtung bleibt. Geeignete Freigabematerialien umfassen Chrom, Nickel-Teflon, Chrom-Polymer, Nickel-Bornitrid und/oder dergleichen.
Schritt 406 umfasst elektrolytisches Abscheiden eines leitfähigen Materials auf den unbedeckten Abschnitt der leitfähigen Oberfläche, um ein leitfähiges Gitter zu bilden. Hierbei sei auf die vorstehende Diskussion geeigneter Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung verwiesen.
Schritt 408 umfasst ein Erwärmen einer transparenten flexiblen Folie. Der Schritt 408 kann beispielsweise ein Erwärmen einer flexiblen Polymerfolie, zum Beispiel unter Verwendung einer oder mehrerer Heizelemente und/oder beheizter Komponenten umfassen.
Schritt 410 umfasst ein Inberührungbringen der elektrisch isolierenden Beschichtung und des leitfähigen Gitters mit der transparenten flexiblen Folie. Dieser Schritt kann wie vorstehend eine Laminierung der Folie auf die Beschichtung und das Gitter, möglicherweise mit der Unterstützung von Druck, Klebstoff und/oder Wärme umfassen.
Schritt 412 umfasst ein Kühlen der transparenten flexiblen Folie. Wie vorstehend beschrieben kann jedes geeignete Verfahren, wie eine Zwangsluftkühlung, eine Kühlung und/oder dergleichen verwendet werden. Es können passive (zum Beispiel Dissipation) und/oder aktive Kühlverfahren verwendet werden.
Schritt 414 umfasst ein Trennen der transparenten flexiblen Folie von der elektrisch isolierenden Beschichtung, wobei das leitfähige Gitter an der Folie angebracht ist.
In einem anderen Beispiel zur Anwendung in den neuerungsgemäßen Vorrichtungen kann ein Verfahren zur Bildung eines leitfähigen Metallgitters auf einer transparenten Polymerfolie ein Aufbringen einer elektrisch isolierenden Beschichtung auf einen elektrisch leitfähigen Zylinder umfassen, wobei die Beschichtung gemustert ist, um Abschnitte einer leitfähigen Oberfläche des Zylinders entsprechend einem zu bildenden Gittermuster freizulegen. Der Zylinder kann wenigstens teilweise in eine metallhaltige Lösung eingetaucht werden. Ein elektrischer Strom kann auf den leitfähigen Zylinder aufgebracht werden, wodurch eine elektrolytische Abscheidung eines Metalls auf die freigelegten Abschnitte der leitfähigen Oberfläche und ein Bilden eines leitfähigen Metallgitters auf dem Zylinder bewirkt werden. Der Zylinder kann gedreht werden, bis das leitfähige Gitter mit einer transparenten Polymerfolie in Berührung kommt, welche um einen Abschnitt des Zylinders gewickelt ist. Die Folie kann von dem Zylinder getrennt werden, wobei das leitfähige Gitter an der Folie angebracht ist.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann ein Verfahren zur Bildung eines leitfähigen Sammelgitters für ein Photovoltaikmodul ein Aufbringen einer elektrisch isolierenden Beschichtung auf eine Trommel umfassen, welche eine elektrisch leitfähige Oberfläche aufweist. Die elektrisch isolierende Beschichtung kann gemustert sein, um Bereiche der leitfähigen Oberfläche der Trommel entsprechend einem Gittermuster freizulegen. Ein Metall kann elektrolytisch auf die freigelegten Bereiche der leitfähigen Oberfläche abgeschieden werden, um ein metallisches Sammelgitter zu bilden, welches an der leitfähigen Oberfläche angebracht ist. Das Sammelgitter kann mit einer transparenten Polymerfolie in Berührung gebracht werden, während das Sammelgitter an der leitfähigen Oberfläche angebracht ist, wodurch bewirkt wird, dass das Sammelgitter an der Polymerfolie haftet. Die transparente Polymerfolie kann von der Trommel getrennt werden, wobei das Gittermuster an der Polymerfolie angebracht ist.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann ein Verfahren zur Bildung eines leitfähigen Gitters auf einer transparenten flexiblen Folie ein Bereitstellen einer elektrisch leitfähigen Oberfläche umfassen, welche teilweise mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung bedeckt ist, wobei ein unbedeckter Abschnitt der leitfähigen Oberfläche einem Gittermuster entspricht. Ein leitfähiges Material kann elektrolytisch auf den unbedeckten Abschnitt der leitfähigen Oberfläche abgeschieden werden, um ein leitfähiges Gitter zu bilden, welches an der leitfähigen Oberfläche angebracht ist. Die elektrisch isolierende Beschichtung und das leitfähige Gitter können mit einer transparenten flexiblen Folie in Berührung gebracht werden. Die transparente flexible Folie kann von der elektrisch isolierenden Beschichtung getrennt werden, wobei das leitfähige Gitter an der transparenten flexiblen Folie angebracht ist.
Erläuternde Beispiele, umfassend ein Laseraufrauen
In einigen Ausführungsbeispielen wird eine Oberfläche (beispielsweise eine Oberfläche des elektrisch leitfähigen Zylinders 108) vor einem Aufbringen einer Beschichtung (zum Beispiel der elektrisch isolierenden Beschichtung 138) durch einen Laser aufgeraut. Ein Auftreffen eines Lasers (zum Beispiel eines durch einen Laser erzeugten Lichtstrahls) auf einer Oberfläche kann die Oberfläche beschädigen. Die induzierte Beschädigung kann ein Muster mikroskopischer Spalte in dem Bereich der Oberfläche umfassen, auf welche der Laserstrahl aufgetroffen ist. Ein ausgewählter Abschnitt der Oberfläche kann durch ein Bewirken, dass sich der Laserstrahl über den ausgewählten Abschnitt bewegt, d.h. durch ein Abtasten des Lasers über den ausgewählten Abschnitt der Oberfläche, aufgeraut werden. Eine mikroskopische Beschädigung (z.B in der Form mikroskopischer Löcher oder Spalte) wird über den gesamten abgetasteten Abschnitt der Oberfläche verursacht, wodurch die Oberfläche rau gemacht wird. Auf einer makroskopischen Skala kann die Oberfläche glatt bleiben. Die mikroskopische Beschädigung kann eine Haftung einer Beschichtung an der Oberfläche verbessern. Es ist beispielsweise bekannt, eine Oberfläche vor einem Aufbringen einer Beschichtung aufzurauen, um eine Haftung der Beschichtung an der Oberfläche zu verbessern. Da die laseraufgeraute Oberfläche auf einer makroskopischen Skala glatt bleiben kann, kann auch die Schicht der aufgebrachten Beschichtung glatt bleiben. Eine makroskopische Glätte der Beschichtung kann Anti-Haft-Eigenschaften von Polytetrafluorethylen oder anderen Anti-Haft-Beschichtungen verbessern.
Einige Eigenschaften der vorstehend beschriebenen laserinduzierten Beschädigung und dementsprechend einige Eigenschaften der laseraufgerauten Oberfläche hängen von Eigenschaften des Lasers, des Laserstrahls oder des Abtastvorgangs ab. Wenn der Laser beispielsweise ein gepulster Laser ist, können die zeitliche Dauer des Impulses und die Zeit zwischen Impulsen die Wirkungen des Lasers auf der Oberfläche teilweise bestimmen. Die Abtastgeschwindigkeit, mit welcher der Strahl über die Oberfläche verschoben wird, sowie die Energie oder die Energie pro Impuls des Strahls können die Größe und die Anordnung von Spalten beeinflussen, welche durch den Laser in der Oberfläche erzeugt werden. Die Abtastgeschwindigkeit bzw. -richtung oder das Abtastmuster können durch den Mechanismus bestimmt werden, welcher für das Abtasten des Strahls verwendet wird, wie zum Beispiel phasengesteuerte Arrays; akustooptische Modulatoren; elektrooptische Modulatoren; Spiegel und/oder Linsen, die unter anderem von Elektromotoren, Galvanometern, piezoelektrischen Aktoren oder magnetostriktiven Aktoren bewegt werden. Eine Oberfläche kann wiederholt durch einen Laser abgetastet werden, beispielsweise, um einen gewünschten Grad, ein gewünschtes Ausmaß, eine gewünschte Tiefe oder ein gewünschtes Muster einer Rauheit zu erzielen.
Verfahren zum Laseraufrauen von Oberflächen für eine zunehmende Schichthaftung können in Vorrichtungen und Systemen zur Bildung eines leitfähigen Gitters gemäß den Ansprüchen und Aspekten der vorliegenden Offenbarung eingesetzt werden. Wie vorstehend beschrieben, kann ein Bilden eines leitfähigen Gitters ein Aufbringen einer elektrisch isolierenden Beschichtung auf einen leitfähigen Zylinder, ein Mustern der Beschichtung, um Bereiche der leitfähigen Oberfläche entsprechend einem Gitter freizulegen, ein teilweises Eintauchen des Zylinders in ein metallhaltiges chemisches Bad und ein elektrolytisches Abscheiden eines Metalls auf die freigelegten Bereiche der Oberfläche umfassen. Die Beschichtung und das elektrolytisch abgeschiedene Gitter werden mit einer transparenten Folie in Berührung gebracht und die transparente Folie wird von dem Zylinder derart getrennt, dass das leitfähige Gitter an der Folie angebracht ist und die Beschichtung an dem Zylinder angebracht bleibt.
Wenn Abschnitte der Beschichtung von der Oberfläche des Zylinders gelöst werden (zum Beispiel durch ein Abschälen oder eine Delaminierung), wird ein Metall auf die Bereiche der Oberfläche elektrolytisch abgeschieden werden, welche vorher durch die Beschichtung bedeckt worden sind, und wird an der transparenten Folie angebracht bleiben, nachdem die Folie von dem Zylinder getrennt wird, was zu ungewünschten Ergänzungen oder Modifikationen des leitfähigen Gitters führt. Wenn das leitfähige Gitter beispielsweise für eine Verwendung in einer elektrischen Schaltung bestimmt ist, können die ungewünschten Modifikationen, welche durch eine schwache Schichthaftung bewirkt worden sind, einen elektrischen Kurzschluss oder andere Fehler bewirken. Auch sehr kleine Bereiche einer Ablösung, zum Beispiel an den Rändern des Schichtmusters, können einer metallhaltigen Lösung ermöglichen, zwischen die Beschichtung und die leitfähige Oberfläche zu gelangen, was zu dem Einschluss von unerwünschtem Metall in das leitfähige Gitter führt. Daher ist eine starke Haftung zwischen der Beschichtung und der Oberfläche des Zylinders wichtig und ein Fehlen einer ausreichenden Haftung kann die Präzision und die Effizienz eines kontinuierlichen Rolle-zu-Rolle-Prozesses negativ beeinflussen, in welchem die kontinuierliche Trennung von Abschnitten der Folie von dem Zylinder dazu neigt, die Beschichtung weg von der Oberfläche zu ziehen.
6 stellt ein veranschaulichendes System 160 zum Laseraufrauen dar, welches für eine Verwendung in einer leitfähigen Gitterbildung geeignet ist. Das System 160 zum Laseraufrauen kann einen Laser 162 und einen Abtastmechanismus 168 zum Abtasten eines Strahls umfassen, welcher durch den Laser 162 über die Oberfläche 136 des elektrisch leitfähigen Zylinders 108 erzeugt worden ist. Der Abtastmechanismus 168 kann Spiegelgalvanometer, akustooptische Modulatoren oder eine andere Vorrichtung umfassen, welche dazu eingerichtet ist, einen Laserstrahl über der Oberfläche 136 abzutasten. In einigen Ausführungsbeispielen ist der Laser 162 an Ort und Stelle fixiert und der Abtastmechanismus 168 bewirkt, dass sich der Laserstrahl über die Oberfläche 136 bewegt. In einigen Ausführungsbeispielen wird das Abtasten durch ein Bewegen des Lasers 162 oder eines Abschnittes des Lasers 162 relativ zur Oberfläche 136 durchgeführt. Der Abtastmechanismus 168 kann den Laserstrahl in Reihen, Spalten oder in einem anderen Muster, welches für ein Aufrauen wenigstens eines Abschnitts der Oberfläche geeignet ist, über die Oberfläche 136 bewegen. Der Abtastmechanismus 168 kann ein Rasterabstasten durchführen. Die Abtastrate des Abtastmechanismus 168 kann mehrere hundert oder mehrere tausend Millimeter pro Sekunde betragen. Die Abtastrate kann beispielsweise etwa 2000 mm/s betragen. In einigen Ausführungsbeispielen ist die Oberfläche 136 im Wesentlichen in ihrer Gesamtheit aufgeraut. In anderen Ausführungsbeispielen ist nur ein Abschnitt oder sind nur Abschnitte der Oberfläche 136 aufgeraut. Die aufgerauten Abschnitte können dem elektrisch isolierenden Beschichtungsmuster 140 entsprechen, welches nachträglich aufgebracht werden wird.
Der Laser 162 kann ein gepulster Laser oder ein Dauerstrichlaser (continous-wave laser) sein. Wenn der Laser 162 ein gepulster Laser ist, können die Impulsdauer und die Wiederholungsrate zusammen mit der Abtastgeschwindigkeit und dem Abtastmuster den Bereich, die Tiefe, die Schärfe und/oder andere Eigenschaften der durch den Laser verursachten mikroskopischen Beschädigung beeinflussen. Der Laser 162 kann beispielsweise Nanosekunden-, Pikosekunden- oder Femtosekundenimpulse in Abhängigkeit des Materials der Oberfläche 136 und der gewünschten Eigenschaften des abgetasteten Bereichs der Oberfläche erzeugen. In einigen Ausführungsbeispielen ist der Laser 162 ein Faserlaser, welcher Impulse von einer Dauer von 1-100 Pikosekunden mit einer hohen Impulsenergie und einer hohen Wiederholungsrate (z.B. 1 MHz) erzeugt. In einigen Ausführungsbeispielen erzeugt der Laser 162 Impulse von einer Dauer von 5-10 Pikosekunden, beispielsweise von 7-8 Pikosekunden. In einigen Ausführungsbeispielen können die durch den Laser 162 erzeugten Impulse eine Energie von einigen Mikrojoule oder mehr aufweisen. Beispielsweise kann jeder der Impulse eine Energie von etwa 5-6 Mikrojoule aufweisen. In anderen Beispielen können die Impulse eine Energie von 10-15 Mikrojoule oder mehr aufweisen. In einigen Beispielen weisen die Impulse eine Energie von 1-5 Mikrojoule oder weniger als 1 Mikrojoule auf. Die Leistung des durch den Laser 162 erzeugten Lichtstrahls kann einige Watt betragen. Beispielsweise kann der Laser 162 einen Strahl von 5-10 Watt oder 10 bis 15 Watt oder 1-5 Watt oder weniger als 1 Watt oder mehr als 15 W erzeugen.
Die Wellenlänge oder die mittlere Länge des Lichts, welches mit dem Laser 162 erzeugt wird, kann auf Grundlage der Materialeigenschaften der Oberfläche 136 gewählt werden, um einen gewünschten Typ oder eine gewünschte Menge einer Beschädigung auf der Oberfläche zu erzeugen. Die Wellenlänge kann beispielsweise innerhalb der sichtbaren oder der nahinfraroten Abschnitte des elektromagnetischen Spektrums liegen. In einigen Ausführungsbeispielen erzeugt der Laser 162 Impulse mit einer mittleren Wellenlänge von oder von etwa 1064 Nanometern. In einigen Fällen kann die Wellenlänge des durch den Laser 162 erzeugten Lichts über der Zeit oder als Antwort auf eine Bedienerangabe variieren.
7 stellt ein veranschaulichendes Muster 172 einer Beschädigung auf der Oberfläche 136 dar, welche durch ein Abtasten eines durch den Laser 162 erzeugten Lichtstrahls über die Oberfläche erzeugt worden ist. Das Muster 172 ist ein extrem feines Muster scharfer Spalte 174 auf einer mikroskopischen Skala. Die Spalte 174 sind mikroskopische Bereiche der Oberfläche 136, an welchen das die Oberfläche bildende Material durch Ablation, Verdampfung, Schmelzen oder andere physikalische Mechanismen durch den Strahl des Lasers 162 entfernt worden ist. Das Muster 172 umfasst eine Mehrzahl von Spalten 174, welche in einer oder mehrerer Gruppen auf der Oberfläche 136 in einer Anordnung angeordnet sind, welche dazu geeignet ist, die Oberfläche aufzurauen. In einigen Fällen können die Spalte 174 in einer im Wesentlichen regelmäßigen oder periodischen Anordnung angeordnet sein, um das Muster 172 zu bilden. In einigen Fällen kann die Größe und/oder die Anordnung der Spalte 174 in dem Muster 172 wenigstens teilweise zufällig sein. Die Größe der Spalte 174 kann im Wesentlichen einheitlich sein oder nicht.
Das Muster 172 kann Variationen des Profils der Oberfläche 136 auf einer mikroskopischen Skala entsprechen. Beispielsweise kann die Höhe der Merkmale der Oberfläche 136 (zum Beispiel der Spalte, der Ränder der Spalte, der Flächen zwischen den Spalten) um einige Zehntel Mikrometer über einen horizontalen Abstand von etwa einem Mikrometer variieren. In anderen Beispielen kann die Höhe der Merkmale der Oberfläche 136 um einige Hundertstel Mikrometer oder um einige Mikrometer über einen horizontalen Abstand von einem Mikrometer variieren. Das Muster 172 kann Rasterabtastlinien umfassen, welche um einen Abstand von 10-20 Mikrometer, beispielsweise um einen Abstand von 15 Mikrometer voneinander getrennt sind. Das Muster 172 ist ein Muster mikroskopischer Skala. Auf einer makroskopischen Skala bleibt die Oberfläche 136 glatt. Da die Oberfläche 136 makroskopisch glatt ist, ist die elektrisch isolierende Beschichtung 138 ebenfalls makroskopisch glatt, wenn sie auf die Oberfläche aufgebracht ist. Die makroskopische Glätte der Beschichtung 138 neigt dazu, zu verhindern, dass die nachfolgend aufgebrachte transparente Folie 104 an der Beschichtung haftet, und erleichtert somit eine Trennung der Folie von dem Zylinder während der Gitterbildung.
Veranschaulichende Verfahren zur Durchführung in neuerungsgemäßen Vorrichtungen, umfassend ein Laser-Aufrauen
Dieser Abschnitt beschreibt Schritte, welche in verschiedenen Verfahren zur Bildung metallisierter Gitter auf Polymerfolien unter Verwendung einer laseraufgerauten Oberfläche durchgeführt werden; siehe 8-10. In den nachstehend beschriebenen Verfahrensschritten können Aspekte einer Gitterbildungsvorrichtung 100 und eines Systems 160 zum Laseraufrauen verwendet werden. Wo angebracht, wird Bezug auf die vorstehend beschriebenen Komponenten und Systeme genommen werden, welche bei einem Ausführen jedes Schrittes verwendet werden können. Diese Bezugnahmen dienen zur Veranschaulichung und sind nicht dazu bestimmt, die möglichen Arten zur Ausführung eines bestimmten Schritts des Verfahrens einzuschränken.
8 ist ein Flussdiagramm, welches Vorgänge veranschaulicht, welche in einem veranschaulichenden Verfahren durchgeführt werden und trägt möglicherweise nicht den vollständigen Prozess oder alle Schritte des Verfahrens vor. 8 stellt mehrere Schritte eines im Allgemeinen mit 500 bezeichneten Verfahrens zur Bildung eines leitfähigen Metallgitters auf einer transparenten Polymerfolie dar, welche in Verbindung mit einem Gitterbildungssystem in Übereinstimmung mit Aspekten der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden können. Obwohl nachstehend verschiedene Schritte des Verfahrens 500 beschrieben werden und in 8 dargestellt sind, müssen die Schritte nicht notwendigerweise alle durchgeführt werden und können in einigen Fällen in einer von der dargestellten Reihenfolge abweichenden Reihenfolge durchgeführt werden.
Schritt 502 umfasst ein Auftreffen eines Lasers auf einer Oberfläche eines elektrisch leitfähigen Zylinders, um ein Muster mikroskopischer Spalte auf der Oberfläche zu erzeugen. Beispielsweise kann die Oberfläche von einem gepulsten Laser abgetastet werden, um die mikroskopischen Spalte zu erzeugen. Der Laser kann ein Faserlaser, ein Diodenlaser, ein Festkörper Laser, ein Farbstofflaser oder ein anderer geeigneter Laser sein und der Laser kann Laserimpulse mit einer Wellenlänge, einer Energie, einer Wiederholungsrate und einer zeitlichen Breite erzeugen, welche dazu geeignet sind, mikroskopische Spalte in einer leitfähigen Oberfläche zu erzeugen. Der Laser kann die Oberfläche wiederholt abtasten. Zusätzlich zu einem Laseraufrauen der Oberfläche kann der Schritt 502 auch ein Sandstrahlen der Oberfläche oder ein Behandeln der Oberfläche mit einer porösen Oxidbeschichtung, z.B. mit einem flamm- oder plasmagespritzten Oxid oder mit einem chemischen Primer umfassen. Kombinationen dieser Schritte mit einem Laseraufrauen können in einigen Fällen zu einer noch besseren Haftung einer nachfolgend aufgebrachten Materialschicht führen.
Schritt 504 um fast ein Aufbringen einer elektrisch isolierenden Beschichtung auf den leitfähigen Zylinder, wobei Abschnitte des Zylinders in einem Gittermuster freigelegt bleiben. Zum Beispiel kann eine isolierende Beschichtung wie PTFE oder ein anderes synthetisches Fluorpolymer auf eine leitfähige Trommel aufgebracht werden, wobei in der Beschichtung ein Gittermuster gebildet wird, um die darunterliegende leitfähige Trommel freizulegen. Das Gittermuster kann als eine oder mehrere elektrische Schaltungen für PV-Zellen eingerichtet sein. Das Gittermuster in der Beschichtung kann beispielsweise durch ein Laserätzen des Musters gebildet werden, nachdem die Beschichtung auf die Trommel aufgebracht worden ist. In anderen Fällen kann das Gittermuster durch chemisches oder physisches Maskieren der leitfähigen Trommel vor einem Aufbringen der isolierenden Beschichtung, gefolgt von einer Entfernung des Maskierungsmittels gebildet werden. Das Laseraufrauen der Oberfläche des Zylinders, welches in Schritt 502 durchgeführt wird, unterstützt die Haftung der Beschichtung an dem Zylinder.
Schritt 506 umfasst wenigstens teilweises Eintauchen des Zylinders in eine metallhaltige Lösung. Der Zylinder kann beispielsweise teilweise in einer radialen Richtung eingetaucht werden, so dass zwar die gesamte Länge jedoch nicht der gesamte Umfang des Zylinders eingetaucht ist. Obwohl die Trommel der Vorrichtung hierin als ein Zylinder beschrieben wird, kann jede geeignete Form verwendet werden. Der Zylinder kann während nachfolgender Schritte so eingetaucht bleiben.
Schritt 508 umfasst ein Aufbringen eines elektrischen Stroms auf den leitfähigen Zylinder, um eine elektrolytische Abscheidung eines leitfähigen Gitters zu bewirken. Jedes geeignete Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung kann verwendet werden, so dass ein Metall in der metallhaltigen Lösung in das Gittermuster des Zylinders abgeschieden wird, wodurch das leitfähige Gitter gebildet wird.
Schritt 510 umfasst ein Drehen des Zylinders, bis das leitfähige Gitter in Berührung mit einer transparenten Polymerfolie kommt. Die Drehung des Zylinders kann durch jedes geeignete Verfahren bzw. jede geeignete Vorrichtung erreicht werden. Es kann beispielsweise eine motorisierte Antriebseinheit verwendet werden, um den Zylinder direkt, zum Beispiel bei einer gewählten Drehgeschwindigkeit zu drehen. In anderen Fällen kann die Polymerfolie beispielsweise durch ein Rolle-zu-Rolle-System transportiert werden und eine Reibung zwischen der Polymerfolie und dem Zylinder kann bewirken, dass sich der Zylinder mit einer durch die Bewegung der Folie festgelegten Rate dreht.
Schritt 512 umfasst ein Erwärmen der transparenten Polymerfolie. Die Polymerfolie kann direkt oder indirekt erwärmt werden. Beispielsweise kann eine Rolle oder eine andere Komponente beheizt sein und in Berührung mit der Folie angeordnet sein, wodurch Wärme auf die Folie übertragen wird. In anderen Fällen kann die Folie direkt mit einer zugeordneten Heizvorrichtung erwärmt werden, bevor oder nachdem sie mit dem leitfähigen Zylinder in Berührung kommt.
Schritt 514 umfasst ein Erwärmen wenigstens eines Abschnitts des leitfähigen Zylinders. Der leitfähige Zylinder kann beispielsweise in einem Bereich des Zylinders erwärmt werden, welcher benachbart zu der Stelle ist, an welcher das leitfähige Gitter in Berührung mit der Polymerfolie kommt. Um den Zylinder zu erwärmen, kann jeder geeignete Heizmechanismus verwendet werden. Beispielsweise kann ein induktives Heizelement an einer festen Stelle neben dem Zylinder, benachbart zu der äußeren Oberfläche oder in deren Nähe angeordnet sein.
Schritt 516 umfasst ein Pressen der transparenten Polymerfolie gegen den Zylinder. Ein Pressen kann durch jeden geeigneten Mechanismus erreicht werden. Beispielsweise kann ein Paar von Druckwalzen oder Andrückrollen verwendet werden, wobei sich eine Rolle an einer äußeren Oberfläche der Folie und die gegenüberliegende Rolle an einer inneren Oberfläche des Zylinders befindet. In einigen Beispielen kann nur eine äußere Rolle verwendet werden, um eine Pressung aufzubringen, wobei der Zylinder selbst den entgegengesetzten Druck bereitstellt. Die Pressung wird in diesem Schritt durchgeführt, um die Polymerfolie auf die äußere Oberfläche des Zylinders zu laminieren. Im Allgemeinen wird das leitfähige Gitter bevorzugter an der Polymerfolie als an dem leitfähigen Zylinder haften. Um diesen Prozess zu unterstützen, können ein oder mehrere Klebstoffe an der Polymerfolie verwendet werden. Der Klebstoff kann wärmeaktiviert sein.
Schritt 518 umfasst ein Kühlen der transparenten Polymerfolie. Es kann jedes geeignete Kühlverfahren verwendet werden, beispielsweise eine Zwangsluftkühlung, eine Kühlung und/oder dergleichen. Es können passive (zum Beispiel Dissipation durch gewöhnliche Konduktion, Radiation oder Konvektion) und/oder aktive Kühlverfahren verwendet werden. Dies lässt den thermoplastischen Klebstoff an dem elektrolytisch abgeschiedenen Metallgitter fest werden und reduziert die Haftung der Polymerfolie an den Abschnitten des leitfähigen Zylinders, welche das Gittermuster umgeben.
Schritt 520 umfasst ein Trennen der Folie von dem Zylinder, wobei das leitfähige Gitter an der Folie angebracht ist. Eine Trennung kann durch ein Drängen oder andererseits durch ein Ziehen der Folie in einer Richtung quer zu der Zylinderoberfläche durchgeführt werden. Eine Trennkraft kann durch eine angetriebene mechanische Einrichtung, wie zum Beispiel eine angetriebene Spindel, eine Wickelvorrichtung oder eine Fördereinrichtung bereitgestellt werden. Durch ein angemessenes Gleichgewicht der Haftkräfte zwischen der Polymerfolie, dem leitfähigen Gittermuster und dem Zylinder wird das Ergebnis der Trennung darin bestehen, dass im Wesentlichen die Gesamtheit des Gittermusters an der Polymerfolie haften wird. Das Laseraufrauen der Oberfläche des Zylinders vor dem Aufbringen der elektrisch isolierenden Beschichtung, erhöht eine Haftung der Beschichtung an der Oberfläche und reduziert somit die Wahrscheinlichkeit, dass die Beschichtung von der Oberfläche durch die Trennkraft abgeschält oder delaminiert werden wird.
9 ist ein Flussdiagramm, welches Vorgänge veranschaulicht, welche in einem anderen veranschaulichenden Verfahren durchgeführt werden, und trägt möglicherweise nicht den vollständigen Prozess oder alle Schritte des Verfahrens vor. 9 stellt mehrere Schritte eines im Allgemeinen mit 600 bezeichneten Verfahrens zur Bildung eines leitfähigen Sammelgitters für ein Photovoltaikmodul dar, welche in Verbindung mit Gitterbildungssystemen in Übereinstimmung mit Aspekten der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden können. Obwohl nachstehend verschiedene Schritte des Verfahrens 600 beschrieben werden und in 9 dargestellt sind, müssen die Schritte nicht notwendigerweise alle durchgeführt werden und können in einigen Fällen in einer von der dargestellten Reihenfolge abweichenden Reihenfolge durchgeführt werden.
Schritt 602 umfasst ein Aufrauen einer elektrisch leitfähigen Oberfläche einer Trommel durch ein Abtasten eines gepulsten Lasers über die Oberfläche. Die Trommel kann beispielsweise eine Metalloberfläche, beispielsweise aus Stahl oder Aluminium aufweisen. Die Trommel kann jede geeignete Form aufweisen. Die Trommel kann beispielsweise zylindrisch oder rohrförmig sein. In einigen Beispielen kann die Trommel einen ovalen oder einen polygonartigen Querschnitt aufweisen. Der gepulste Laser kann beispielsweise ein Faserlaser sein, welcher Impulse erzeugt, die kürzer als eine Nanosekunde sind. Die Oberfläche kann wiederholt von dem Laser abgetastet werden. Der Laser kann die Oberfläche durch ein Erzeugen mikroskopischer Spalte in der Oberfläche aufrauen. Die laseraufgeraute Oberfläche kann auf einer makroskopischen Skala glatt sein, d.h. das Aufrauen kann die Form von mikroskopischen Merkmalen auf der Oberfläche einnehmen.
Schritt 604 umfasst ein Aufbringen einer synthetischen Fluorpolymerbeschichtung auf die Trommel. Die synthetische Fluorpolymerbeschichtung ist eine elektrisch isolierende Beschichtung. Die synthetische Fluorpolymerbeschichtung kann reibungsarme, Antihaft- und/oder elektrisch neutrale Eigenschaften aufweisen. Die synthetische Fluorpolymerbeschichtung kann ein geeignetes synthetisches Fluorpolymer umfassen. Geeignete synthetische Fluorpolymere können Polytetrafluorethylen (PTFE), Perfluoralkoxy (PFA), fluoriertes Ethylenpropylen (FEP), ein Parylenpolymer und/oder dergleichen umfassen. Das Laseraufrauen der Oberfläche, welches in Schritt 602 durchgeführt wird, unterstützt die Haftung zwischen der synthetischen Fluorpolymerbeschichtung und der Oberfläche der Trommel.
Schritt 606 umfasst ein Mustern der synthetischen Fluorpolymerbeschichtung, um Bereiche der leitfähigen Oberfläche der Trommel entsprechend einem Gittermuster freizulegen. Die Beschichtung kann beispielsweise geätzt, maskiert, oder auf eine andere Weise zu einem Gittermuster gebildet werden, welches elektrischen Schaltungen für eine PV-Zelle oder eine Kette von Zellen entspricht.
Schritt 608, welcher optional ist, umfasst ein Aufbringen einer dünnen Freigabeschicht auf die freigelegten Bereiche der leitfähigen Oberfläche. Geeignete Freigabeschichten umfassen Chrom, Nickel-Teflon, Chrom-Polymer, Nickel-Bornitrid und/oder dergleichen, welche durch elektrolytische Abscheidung oder durch ein anderes geeignetes Verfahren aufgebracht werden können. Die Freigabeschicht kann mit einer gewünschten Dicke aufgebracht werden. Wenn die elektrisch isolierende Beschichtung beispielsweise eine erste Dicke aufweist, wird die Freigabeschicht im Allgemeinen eine zweite Dicke aufweisen, welche geringer als die erste Dicke ist, und die Differenz zwischen der ersten Dicke und der zweiten Dicke wird derart gewählt werden, dass eine gewünschte Dicke des zu bildenden leitfähigen Gitters resultiert.
Schritt 610 umfasst ein elektrolytisches Abscheiden eines Metalls auf die freigelegten Bereiche der leitfähigen Oberfläche, um ein metallisches Sammelgitter zu bilden, welches an der leitfähigen Oberfläche angebracht ist. Es können jedes geeignete Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung sowie jedes geeignete leitfähige Metall verwendet werden. Es kann beispielsweise ein chemisches Bad verwendet werden, welches Kupferionen enthält.
Schritt 612 umfasst ein Erwärmen einer transparenten Polymerfolie und/oder der leitfähigen Oberfläche der Trommel. Es kann jede geeignete Heizvorrichtung, wie vorstehend beschrieben, verwendet werden. Ein Erwärmen kann durchgeführt werden, um die Laminierung in Schritt 614 zu erleichtern und kann in einigen Fällen einen Klebstoff aktivieren, welcher auf die Folie, die Trommel oder auf beide aufgebracht ist.
Schritt 614 umfasst ein Inberührungbringen des Sammelgitters mit der transparenten Polymerfolie. Dies kann durch einen Laminierungsprozess erreicht werden, in dem die Polymerfolie unter Verwendung eines Drucks, eines Klebstoffs und/oder von Wärme auf das Gitter laminiert wird.
Schritt 616 umfasst ein Kühlen der transparenten Polymerfolie. Wie vorstehend beschrieben kann jedes geeignete Verfahren, wie eine Zwangsluftkühlung, eine Kühlung und/oder dergleichen verwendet werden. Es können passive (zum Beispiel Dissipation) und/oder aktive Kühlverfahren verwendet werden.
Schritt 618 umfasst ein Trennen der transparenten Polymerfolie von der Trommel, wobei das Gittermuster an der Polymerfolie angebracht ist. Das Laseraufrauen der Oberfläche der Trommel neigt dazu, zu verhindern, dass sich die synthetische Fluorpolymerbeschichtung von der Oberfläche löst, wenn die Polymerfolie von der Trommel getrennt wird.
10 ist ein Flussdiagramm, welches Vorgänge veranschaulicht, welche in noch einem anderen veranschaulichenden Verfahren durchgeführt werden, und trägt möglicherweise nicht den vollständigen Prozess oder alle Schritte des Verfahrens vor. 10 stellt mehrere Schritte eines im Allgemeinen mit 700 bezeichneten Verfahrens zur Bildung eines leitfähigen Gitters auf einer transparenten flexiblen Folie dar, welche in Verbindung mit Gitterbildungssystemen in Übereinstimmung mit Aspekten der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden können. Obwohl nachstehend verschiedene Schritte des Verfahrens 700 beschrieben werden und in 10 dargestellt sind, müssen die Schritte nicht notwendigerweise alle durchgeführt werden und können in einigen Fällen in einer von der dargestellten Reihenfolge abweichenden Reihenfolge durchgeführt werden.
Schritt 702 umfasst ein Bereitstellen einer elektrisch leitfähigen Oberfläche, welche laseraufgeraut worden ist, z.B. durch ein Abtasten eines gepulsten Lasers über die Oberfläche, um mikroskopische Spalte, Löcher, Kerben und/oder andere mikroskopische Merkmale in der Oberfläche zu erzeugen. Die elektrisch leitfähige Oberfläche kein eine Oberfläche einer elektrisch leitfähigen Trommel umfassen. Die elektrisch leitfähige Oberfläche kann zylindrisch sein.
Schritt 704 umfasst ein teilweises Bedecken der elektrisch leitfähigen Oberfläche mit einer synthetischen Fluorpolymerbeschichtung. Die synthetische Fluorpolymerbeschichtung kann eine elektrisch isolierende Beschichtung sein und kann eine Schicht eines im Wesentlichen inerten Materials umfassen. Die synthetische Fluorpolymerbeschichtung kann durch Polytetrafluorethylen (PTFE), Perfluoralkoxy (PFA), fluoriertes Ethylenpropylen (FEP), ein Parylenpolymer und/oder ein anderes geeignetes Material gebildet sein. Die synthetische Fluorpolymerbeschichtung kann eine polytetrafluorethylenbasierte Antihaftbeschichtung sein.
Schritt 706 umfasst ein elektrolytisches Abscheiden eines leitfähigen Materials auf den unbedeckten Abschnitt der leitfähigen Oberfläche, um ein leitfähiges Gitter zu bilden. Hierzu sei auf vorstehende Diskussion geeigneter Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung verwiesen.
Schritt 708 umfasst ein Erwärmen einer transparenten flexiblen Folie. Der Schritt 708 kann beispielsweise ein Erwärmen einer flexiblen Polymerfolie, zum Beispiel unter Verwendung einer oder mehrerer Heizelemente und/oder beheizter Komponenten umfassen.
Schritt 710 umfasst ein Inberührungbringen der synthetischen Fluorpolymerbeschichtung und des leitfähigen Gitters mit der transparenten flexiblen Folie. Dieser Schritt kann wie vorstehend eine Laminierung der Folie auf die Beschichtung und das Gitter, möglicherweise mit der Unterstützung von Druck, Klebstoff und/oder Wärme umfassen.
Schritt 712 umfasst ein Kühlen der transparenten flexiblen Folie. Wie vorstehend beschrieben kann jedes geeignete Verfahren, wie eine Zwangsluftkühlung, eine Kühlung und/oder dergleichen verwendet werden. Es können passive (zum Beispiel Dissipation) und/oder aktive Kühlverfahren verwendet werden.
Schritt 714 umfasst ein Trennen der transparenten flexiblen Folie von der synthetischen Fluorpolymerbeschichtung, wobei das leitfähige Gitter an der Folie angebracht ist. Das Laseraufrauen der leitfähigen Oberfläche hilft der synthetischen Fluorpolymerbeschichtung derart an der Oberfläche zu haften, dass ein Trennen der transparenten flexiblen Folie von der synthetischen Fluorpolymerbeschichtung nicht dazu führt, dass sich die Beschichtung von der Oberfläche löst.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann ein Verfahren zur Bildung eines leitfähigen Metallgitters auf einer transparenten Polymerfolie ein Auftreffen eines Lasers auf einer Oberfläche eines elektrisch leitfähigen Zylinders, um ein Muster mikroskopischer Spalte zu erzeugen, und ein Aufbringen einer elektrisch isolierenden Beschichtung auf den Zylinder umfassen, wobei die Beschichtung gemustert ist, um Abschnitte der Oberfläche des Zylinders entsprechend eines zu bildenden Gittermusters freizulegen. Der Zylinder kann wenigstens teilweise in eine metallhaltige Lösung eingetaucht werden. Auf den leitfähigen Zylinder kann ein elektrischer Strom aufgebracht werden, wodurch eine elektrolytische Abscheidung von Metall auf die freigelegten Abschnitte der leitfähigen Oberfläche und ein Bilden eines leitfähigen Metallgitters auf dem Zylinder bewirkt werden. Der Zylinder kann gedreht werden, bis das leitfähige Gitter mit einer transparenten Polymerfolie, welche um einen Abschnitt des Zylinders gewickelt ist, in Berührung kommt. Die Folie kann von dem Zylinder getrennt werden, wobei das leitfähige Gitter an der Folie angebracht ist.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann ein Verfahren zur Bildung eines leitfähigen Sammelgitters für ein Photovoltaikmodul ein Aufrauen einer elektrisch leitfähigen Oberfläche einer Trommel durch ein Abtasten eines gepulsten Lasers über die Oberfläche und ein Aufbringen einer elektrisch isolierenden Beschichtung auf die Trommel umfassen. Die elektrisch isolierende Beschichtung kann gemustert sein, um Bereiche der leitfähigen Oberfläche der Trommel entsprechend eines Gittermusters freizulegen. Auf die freigelegten Bereiche der leitfähigen Oberfläche kann ein Metall elektrolytisch abgeschieden werden, um ein metallisches Sammelgitter zu bilden, welches an der leitfähigen Oberfläche angebracht ist. Das Sammelgitter kann mit einer transparenten Polymerfolie in Berührung gebracht werden, während das Sammelgitter an der leitfähigen Oberfläche angebracht ist, wodurch bewirkt wird, dass das Sammelgitter an der Polymerfolie haftet. Die transparente Polymerfolie kann von der Trommel getrennt werden, wobei das Gittermuster an der Polymerfolie angebracht ist.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann ein Verfahren zur Bildung eines leitfähigen Gitters auf einer transparenten flexiblen Folie ein Bereitstellen einer elektrisch leitfähigen Oberfläche, welche laseraufgeraut worden ist und ein teilweises Bedecken der Oberfläche mit einer synthetischen Fluorpolymerbeschichtung umfassen, wobei ein unbedeckter Abschnitt der leitfähigen Oberfläche einem Gittermuster entspricht. Auf den unbedeckten Abschnitt der leitfähigen Oberfläche kann ein leitfähiges Material elektrolytisch abgeschieden werden, um ein leitfähiges Gitter zu bilden, welches an der leitfähigen Oberfläche angebracht ist. Die elektrisch isolierende Beschichtung und das leitfähige Gitter können mit einer transparenten flexiblen Folie in Berührung gebracht werden. Die transparente flexible Folie kann von der elektrisch isolierenden Beschichtung getrennt werden, wobei das leitfähige Gitter an der transparenten flexiblen Folie angebracht ist.
Veranschaulichende Verfahren zur Durchführung in einer neuerungsgemäßen Vorrichtung unter Herstellung einer gemusterten Oberfläche
Die folgenden Unterabschnitte beschreiben Veranschaulichende Verfahren zur Herstellung einer gemusterten Oberfläche, z.B. einer gemusterten Oberfläche eines Zylinders oder einer Trommel, welche zur Verwendung in Verfahren zur Bildung eines leitfähigen Gitters auf einer transparenten flexiblen Folie geeignet sind. Die hierin beschriebenen Verfahren könnten beispielsweise verwendet werden, um den Zylinder 108 und/oder die Oberfläche 136 der Gitterbildungsvorrichtung 100 herzustellen. Wo angebracht, wird Bezug auf die vorstehend beschriebenen Komponenten und Systeme genommen werden, welche bei einem Ausführen jedes Schrittes verwendet werden können. Diese Bezugnahmen dienen zur Veranschaulichung und sind nicht dazu bestimmt, die möglichen Arten zur Ausführung eines bestimmten Schritts des Verfahrens einzuschränken.
Veranschaulichendes Verfahren zur Durchführung in einer neuerungsgemäßen Vorrichtung unter Herstellung eines gemusterten Zylinders
11 ist ein Flussdiagramm welches Vorgänge veranschaulicht, welche in einem veranschaulichenden Verfahren durchgeführt werden und trägt möglicherweise nicht den vollständigen Prozess oder alle Schritte des Verfahrens vor. 11 stellt mehrere Schritte eines im Allgemeinen mit 800 bezeichneten Verfahrens zur Herstellung eines gemusterten Zylinders dar, welche in Verbindung mit Gitterbildungssystemen in Übereinstimmung mit Aspekten der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden können. Obwohl nachstehend verschiedene Schritte des Verfahrens 800 beschrieben werden und in 11 dargestellt sind, müssen die Schritte nicht notwendigerweise alle durchgeführt werden und können in einigen Fällen in einer von der dargestellten Reihenfolge abweichenden Reihenfolge durchgeführt werden.
Bei Schritt 802 umfasst das Verfahren 800 ein Auftreffen eines Lasers auf eine Oberfläche eines elektrisch leitfähigen Zylinders, um ein Muster mikroskopischer Spalte zu erzeugen. Beispielsweise kann ein gepulster Laser die Oberfläche abtasten, um mikroskopische Spalte zu erzeugen. Der Laser kann ein Faserlaser, ein Diodenlaser, ein Festkörper Laser, ein Farbstoff Laser oder ein anderer geeigneter Laser sein und der Laser kann Impulse mit einer Wellenlänge, einer Energie einer Wiederholungsrate und einer zeitlichen Breite erzeugen, welche für ein erzeugen mikroskopischer Spalte in einer leitfähigen Oberfläche geeignet sind. Der Laser kann die Oberfläche wiederholt abtasten. Das Durchführen von Schritt 802 kann ein Verwenden des Systems 160 zum Laseraufrauen einer Oberfläche umfassen, um eine Oberfläche laseraufzurauen. Zusätzlich zu einem Laseraufrauen der Oberfläche kann der Schritt 802 auch ein Sandstrahlen der Oberfläche oder ein Behandeln der Oberfläche mit einer porösen Oxidbeschichtung, z.B. mit einem flamm- oder plasmagespritzten Oxid oder mit einem chemischen Primer umfassen. Kombinationen dieser Schritte mit einem Laseraufrauen können in einigen Fällen zu einer noch besseren Haftung einer nachfolgend aufgebrachten Materialschicht führen.
Bei Schritt 804 umfasst das Verfahren 800 ein Aufbringen einer elektrisch isolierenden Beschichtung auf den leitfähigen Zylinder, wobei Abschnitte des Zylinders in einem Gittermuster freigelegt gelassen werden. Zum Beispiel kann eine isolierende Beschichtung wie PTFE oder ein anderes synthetisches Fluorpolymer auf eine leitfähige Trommel aufgebracht werden, wobei in der Beschichtung ein Gittermuster gebildet wird, um die darunterliegende leitfähige Trommel freizulegen. Das Gittermuster kann als eine oder mehrere elektrische Schaltungen für PV-Zellen eingerichtet sein. Das Gittermuster in der Beschichtung kann beispielsweise durch ein Laserätzen des Musters gebildet werden, nachdem die Beschichtung auf die Trommel aufgebracht worden ist. Das Laserätzen kann mit Komponenten des Systems 160 zum Laseraufrauen oder durch ein separates System zum Laserätzen durchgeführt werden. In anderen Fällen kann das Gittermuster durch chemisches oder physisches Maskieren der leitfähigen Trommel vor einem Aufbringen der isolierenden Beschichtung, gefolgt von einer Entfernung des Maskierungsmittels gebildet werden. Das Maskierungsmittel könnte jedes Material sein, welches derart eingerichtet ist, dass es im Wesentlichen ein Haften der Beschichtung an dem Zylinder verhindert und von dem Zylinder entfernt werden kann, ohne den Zylinder zu beschädigen. Das Laseraufrauen der Oberfläche des Zylinders, welches in Schritt 802 durchgeführt wird, unterstützt die Haftung der Beschichtung an dem Zylinder.
Veranschaulichendes Verfahren zur Durchführung in einer neuerungsgemäßen Vorrichtung unter Herstellung einer gemusterten Trommel
12 ist ein Flussdiagramm, welches Vorgänge veranschaulicht, welche in einem veranschaulichenden Verfahren durchgeführt werden und trägt möglicherweise nicht den vollständigen Prozess oder alle Schritte des Verfahrens vor. 12 stellt mehrere Schritte eines im Allgemeinen mit 900 bezeichneten Verfahrens zur Herstellung einer gemusterten Trommel dar, welche in Verbindung mit Gitterbildungssystemen in Übereinstimmung mit Aspekten der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden können. Obwohl nachstehend verschiedene Schritte des Verfahrens 900 beschrieben werden und in 12 dargestellt sind, müssen die Schritte nicht notwendigerweise alle durchgeführt werden und können in einigen Fällen in einer von der dargestellten Reihenfolge abweichenden Reihenfolge durchgeführt werden.
Bei Schritt 902, umfasst das Verfahren 900 ein Aufrauen einer elektrisch leitfähigen Oberfläche einer Trommel durch ein Abtasten eines gepulsten Lasers über die Oberfläche. Die Trommel kann beispielsweise eine Metalloberfläche, beispielsweise aus Stahl oder Aluminium aufweisen. Die Trommel kann jede geeignete Form aufweisen. Die Trommel kann beispielsweise zylindrisch oder rohrförmig sein. In einigen Beispielen kann die Trommel einen ovalen oder einen polygonartigen Querschnitt aufweisen. Der gepulste Laser kann beispielsweise ein Faserlaser sein, welcher Impulse erzeugt, die kürzer als eine Nanosekunde sind. In einigen Ausführungsbeispielen erzeugt der Laser Impulse von einigen Pikosekunden. Der Laser kann die Oberfläche wiederholt abtasten. Der Laser kann die Oberfläche durch ein Erzeugen mikroskopischer Spalte in der Oberfläche aufrauen. Die laseraufgeraute Oberfläche kann auf einer makroskopischen Skala glatt sein, d.h. das Aufrauen kann die Form von mikroskopischen Merkmalen auf der Oberfläche einnehmen.
Bei Schritt 904 umfasst das Verfahren 900 ein Aufbringen einer synthetischen Fluorpolymerbeschichtung auf die Trommel. Die synthetische Fluorpolymerbeschichtung ist eine elektrisch isolierende Beschichtung. Die synthetische Fluorpolymerbeschichtung kann reibungsarme, Antihaft- und/oder elektrisch neutrale Eigenschaften aufweisen. Die synthetische Fluorpolymerbeschichtung kann ein geeignetes synthetisches Fluorpolymer umfassen. Geeignete synthetische Fluorpolymere können Polytetrafluorethylen (PTFE), Perfluoralkoxy (PFA), fluoriertes Ethylenpropylen (FEP), ein Parylenpolymer und/oder dergleichen umfassen. Das Laseraufrauen der Oberfläche, welches in Schritt 902 durchgeführt wird, kann die Haftung zwischen der synthetischen Fluorpolymerbeschichtung und der Oberfläche der Trommel verbessern.
Bei Schritt 906 umfasst das Verfahren 900 ein Mustern der synthetischen Fluorpolymerbeschichtung, um Bereiche der leitfähigen Oberfläche der Trommel entsprechend einem Gittermuster freizulegen. Die Beschichtung kann beispielsweise geätzt, maskiert, oder auf eine andere Weise zu einem Gittermuster gebildet werden, welches elektrischen Schaltungen für eine PV-Zelle oder eine Kette von Zellen entspricht. Das Gittermuster kann einem leitfähigen Gitter entsprechen, welches dazu eingerichtet ist, Paare benachbarter photovoltaischer Zellen elektrisch miteinander zu verbinden. In einigen Fällen kann ein Laser verwendet werden, um Abschnitte der synthetischen Fluorpolymerbeschichtung selektiv zu entfernen. Der Laser kann der gleiche Laser sein, welcher in Schritt 902 verwendet wird, um die Oberfläche der Trommel aufzurauen oder kann ein anderer Laser sein.
Bei Schritt 908 umfasst das Verfahren 900 optional ein Aufbringen einer dünnen Freigabeschicht auf die freigelegten Bereiche der leitfähigen Oberfläche. Geeignete Freigabeschichten umfassen Chrom, Nickel-Teflon, Chrom-Polymer, Nickel-Bornitrid und/oder dergleichen, welche durch elektrolytische Abscheidung oder durch ein anderes geeignetes Verfahren aufgebracht werden können. Die Freigabeschicht kann mit einer gewünschten Dicke aufgebracht werden. Wenn die elektrisch isolierende Beschichtung beispielsweise eine erste Dicke aufweist, wird die Freigabeschicht im Allgemeinen eine zweite Dicke aufweisen, welche geringer als die erste Dicke ist, und die Differenz zwischen der ersten Dicke und der zweiten Dicke wird derart gewählt werden, dass eine gewünschte Dicke des zu bildenden leitfähigen Gitters resultiert.
Veranschaulichendes Verfahren zur Durchführung in einer neuerungsgemäßen Vorrichtung unter Herstellung einer gemusterten Oberfläche
13 ist ein Flussdiagramm, welches Vorgänge veranschaulicht, welche in einem veranschaulichenden Verfahren durchgeführt werden und trägt möglicherweise nicht den vollständigen Prozess oder alle Schritte des Verfahrens vor. 13 stellt mehrere Schritte eines im Allgemeinen mit 1000 bezeichneten Verfahrens zur Herstellung einer gemusterten Oberfläche dar, welche in Verbindung mit Gitterbildungssystemen in Übereinstimmung mit Aspekten der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden können. Obwohl nachstehend verschiedene Schritte des Verfahrens 1000 beschrieben werden und in 13 dargestellt sind, müssen die Schritte nicht notwendigerweise alle durchgeführt werden und können in einigen Fällen in einer von der dargestellten Reihenfolge abweichenden Reihenfolge durchgeführt werden.
Bei Schritt 1002 umfasst das Verfahren 1000 ein Bereitstellen einer elektrisch leitfähigen Oberfläche, welche laseraufgeraut worden ist, z.B. durch ein Abtasten eines gepulsten Lasers über die Oberfläche, um mikroskopische Spalte, Löcher, Kerben und/oder andere mikroskopische Merkmale in der Oberfläche zu erzeugen. Die elektrisch leitfähige Oberfläche kann eine Oberfläche einer elektrisch leitfähigen Trommel umfassen. Die elektrisch leitfähige Oberfläche kann zylindrisch sein.
Bei Schritt 1004 umfasst das Verfahren 1000 ein teilweises Bedecken der elektrisch leitfähigen Oberfläche mit einer synthetischen Fluorpolymerbeschichtung. Die unbedeckten Abschnitte der Oberfläche können einem gewünschten leitfähigen Gittermuster entsprechen. Die synthetische Fluorpolymerbeschichtung kann eine elektrisch isolierende Beschichtung sein und kann eine Schicht eines im Wesentlichen inerten Materials umfassen. Die synthetische Fluorpolymerbeschichtung kann durch Polytetrafluorethylen (PTFE), Perfluoralkoxy (PFA), fluoriertes Ethylenpropylen (FEP), ein Parylenpolymer und/oder ein anderes geeignetes Material gebildet sein. Die synthetische Fluorpolymerbeschichtung kann eine polytetrafluorethylenbasierte Antihaftbeschichtung sein. Das teilweise Bedecken der elektrisch leitfähigen Oberfläche mit der Beschichtung kann ein Aufbringen der Beschichtung auf im Wesentlichen die Gesamtheit der Oberfläche und ein anschließendes Verwenden einer Chemikalie, eines Lasers und/oder einer anderen geeigneten Vorrichtung umfassen, um Abschnitte der Beschichtung selektiv zu entfernen (z.B. über Ätzen, Ablation, Auflösen und/oder andere Mittel). In einigen Fällen umfasst das teilweise Bedecken der Oberfläche mit der Beschichtung ein maskieren eines Abschnitts der Oberfläche mit einem physischen oder chemischen Maskierungsmittel, ein Aufbringen der synthetischen Fluorpolymerbeschichtung auf die Oberfläche und ein Entfernen des Maskierungsmittels.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann ein Verfahren zur Durchführung in einer neuerungsgemäßen Vorrichtung unter Herstellung eines gemusterten Zylinders ein Auftreffen eines Lasers auf einer Oberfläche eines elektrisch leitfähigen Zylinders umfassen, um ein Muster mikroskopischer Spalte auf der Oberfläche zu erzeugen. Eine elektrisch isolierende Beschichtung kann auf den Zylinder aufgebracht werden, wobei die Beschichtung gemustert ist, um Abschnitte der Oberfläche des Zylinders entsprechend eines zu bildenden Gittermusters freizulegen.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann ein Verfahren zur Durchführung in einer neuerungsgemäßen Vorrichtung unter Herstellung einer gemusterten Trommel ein Aufrauen einer elektrisch leitfähigen Oberfläche einer Trommel durch ein Abtasten eines gepulsten Lasers über die Oberfläche umfassen. Eine synthetische Fluorpolymerbeschichtung kann auf die Trommel aufgebracht werden. Die synthetische Fluorpolymerbeschichtung kann gemustert sein, um Bereiche der leitfähigen Oberfläche der Trommel entsprechend einem vorbestimmten Gittermuster freizulegen.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann ein Verfahren zur Durchführung in einer neuerungsgemäßen Vorrichtung unter Herstellung einer gemusterten Oberfläche ein Bereitstellen einer elektrisch leitfähigen Oberfläche umfassen, welche laseraufgeraut worden ist. Die elektrisch leitfähige Oberfläche kann teilweise mit einer synthetischen Fluorpolymerbeschichtung bedeckt sein, wobei ein unbedeckter Abschnitt der leitfähigen Oberfläche einem Gittermuster entspricht.
Ausgewählte Beispiele
Dieser Abschnitt beschreibt zusätzliche Aspekte und Merkmale von Gitterbildungssystemen und zugehörige Verfahren, welche ohne Beschränkung als eine Reihe von Absätzen dargelegt sind, von denen einige oder alle aus Gründen der Klarheit und Effizienz alphanumerisch bezeichnet sein können. Jeder dieser Absätze kann in irgendeiner geeigneten Weise mit einem oder mehreren anderen Absätzen und / oder mit einer Offenbarung von anderswo in dieser Anmeldung kombiniert werden. Einige der folgenden Abschnitte beziehen sich ausdrücklich auf andere Absätze und beschränken diese weiter, wobei Beispiele einiger geeigneter Kombinationen ohne Einschränkung bereitgestellt werden.
A0. Verfahren zur Bildung eines leitfähigen Metallgitters auf einer transparenten Polymerfolie, umfassend. Aufbringen einer elektrisch isolierenden Beschichtung auf einen elektrisch leitfähigen Zylinder, wobei die Beschichtung gemustert ist, um Abschnitte einer leitfähigen Oberfläche des Zylinders entsprechend eines zu bildenden Gittermusters freizulegen; wenigstens teilweises Eintauchen des Zylinders in eine metallhaltige Lösung; Aufbringen eines elektrischen Stroms auf den leitfähigen Zylinder, wodurch eine elektrolytische Abscheidung eines Metalls auf die freigelegten Abschnitte der leitfähigen Oberfläche und ein Bilden eines leitfähigen Metallgitters auf dem Zylinder bewirkt wird; Drehen des Zylinders bis das leitfähige Gitter mit einer transparenten Polymerfolie in Berührung kommt, welche um einen Abschnitt des Zylinders gewickelt ist; und Trennen der Folie von dem Zylinder, wobei das leitfähige Gitter an der Folie angebracht ist.
A1. Verfahren nach Absatz A0, ferner umfassend ein Erwärmen der transparenten Polymerfolie, wodurch eine Haftung zwischen der Folie und dem leitfähigen Gitter erhöht wird.
A1a. Verfahren nach Absatz A1, ferner umfassend Hinzufügen eines wärmeaktivierten Klebstoffs auf die transparente Polymerfolie.
A2. Verfahren nach einem der Abschnitte A0 bis A1a, ferner umfassend ein Erwärmen des Abschnitts des Zylinders, um welchen die transparente Polymerfolie gewickelt ist, wodurch eine Haftung zwischen der Folie und dem leitfähigen Gitter erhöht wird.
A3. Verfahren nach Absatz A2, ferner umfassend ein Kühlen der transparenten Polymerfolie vor einem Trennen der Folie von dem Zylinder.
A4. Verfahren nach einem der Absätze A0 bis A3, ferner umfassend ein Pressen der transparenten Polymerfolie gegen den Zylinder, wodurch eine Haftung zwischen der Folie und dem leitfähigen Gitter erhöht wird.
A5. Verfahren nach einem der Abschnitte A0 bis A4, wobei die elektrisch isolierende Beschichtung aus einem synthetischen Fluorpolymer gebildet ist.
A6. Verfahren nach Abschnitt A5, wobei die elektrisch isolierende Beschichtung aus Polytetrafluorethylen (PTFE) gebildet ist.
A7. Verfahren nach einem der Abschnitte großer A0 bis A6, ferner umfassend ein Aufbringen einer leitfähigen Freigabeschicht auf die freigelegten Abschnitte der leitfähigen Oberfläche des Zylinders.
B0. Verfahren zur Bildung eines leitfähigen Sammelgitters für ein Photovoltaikmodul, umfassend: Aufbringen einer elektrisch isolierenden Beschichtung auf eine Trommel, welche eine elektrisch leitfähige Oberfläche aufweist; Mustern der elektrisch isolierenden Beschichtung, um Bereiche der leitfähigen Oberfläche der Trommel entsprechend einem Gittermuster freizulegen; Elektrolytisches Abscheiden eines Metalls auf die freigelegten Bereiche der leitfähigen Oberfläche, um ein metallisches Sammelgitter zu bilden, welches an der leitfähigen Oberfläche angebracht ist; Inberührungbringen des Sammelgitters mit einer transparenten Polymerfolie, während das Sammelgitter an der leitfähigen Oberfläche angebracht ist, wodurch bewirkt wird, dass das Sammelgitter an der Polymerfolie haftet; und Trennen der transparenten Polymerfolie von der Trommel, wobei das Gittermuster an der Polymerfolie angebracht ist.
B1. Verfahren nach Absatz B0, wobei die elektrisch isolierende Beschichtung aus Polytetrafluorethylen (PTFE) gebildet ist.
B2. Verfahren nach einem der Absätze B0 bis B1, ferner umfassend ein Erwärmen wenigstens eines aus der transparenten Polymerfolie und der leitfähigen Oberfläche, wodurch eine Haftung zwischen der transparenten Polymerfolie und dem Sammelgitter erhöht wird.
B3. Verfahren nach Absatz B2, ferner umfassend ein Kühlen der transparenten Polymerfolie vor einem Trennen der transparenten Polymerfolie von der Trommel.
B4. Verfahren nach einem der Absätze B0 bis B3, ferner umfassend ein Aufbringen einer Freigabeschicht auf die freigelegten Bereiche der leitfähigen Oberfläche.
B5. Verfahren nach Absatz B4, wobei die Freigabeschicht aus einem Material gebildet ist, welches aus der Gruppe bestehend aus Chrom, Nickel-Teflon, Nickel-Bornitrid und Chrompolymer ausgewählt ist.
C0. Verfahren zur Bildung eines leitfähigen Gitters auf einer transparenten flexiblen Folie, umfassend: Bereitstellen einer elektrisch leitfähigen Oberfläche, welche teilweise mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung bedeckt ist, wobei ein unbedeckter Abschnitt der leitfähigen Oberfläche einem Gittermuster entspricht; Elektrolytisches Abscheiden eines leitfähigen Materials auf den unbedeckten Abschnitt der leitfähigen Oberfläche, um ein leitfähiges Gitter zu bilden, welches an der leitfähigen Oberfläche angebracht ist; Inberührungbringen der elektrisch isolierenden Beschichtung und des leitfähigen Gitters mit einer transparenten flexiblen Folie; und Trennen der transparenten flexiblen Folie von der elektrisch isolierenden Beschichtung, wobei das leitfähige Gitter an der transparenten flexiblen Folie angebracht ist.
C1. Verfahren nach Absatz C0, wobei die elektrisch leitfähige Oberfläche zylindrisch ist.
C2. Verfahren nach Absatz C1, wobei die elektrisch leitfähige Oberfläche dazu eingerichtet ist, sich derart zu drehen, dass jeder Abschnitt der Oberfläche in eine Lösung eintritt, in welcher eine elektrolytische Abscheidung auftritt und die Lösung dann verlässt bevor er mit der transparenten flexiblen Folie in Berührung gebracht wird.
C3. Verfahren nach einem der Absätze C0 bis C2, ferner umfassend ein Erwärmen der transparenten flexiblen Folie, um eine Haftung zwischen der Folie und dem leitfähigen Gitter zu begünstigen.
C4. Verfahren nach Absatz C3, ferner umfassend ein Kühlen der transparenten flexiblen Folie bevor die Folie von der elektrisch isolierenden Beschichtung weg gezogen wird.
C5. Verfahren nach einem der Absätze C0 bis C4, ferner umfassend ein Aufbringen einer Freigabeschicht auf den unbedeckten Abschnitt der leitfähigen Oberfläche vor dem elektrolytischen Abscheiden des leitfähigen Materials.
D0. Ein kostengünstiges additives Verfahren mit hoher Rate zur Bildung eines leitfähigen metallischen Gitters von beliebiger Komplexität auf einer transparenten haftenden Polymerfolie kann ein Verwenden einer elektrisch isolierenden Antihaftbeschichtung auf einem metallischen Zylinder, wobei die isolierende Beschichtung zuerst gemustert wird, um die leitfähige Oberfläche des metallischen Zylinders in vorausgewählten Bereichen freizulegen; wenigstens teilweises Eintauchen des Zylinders in eine chemische Lösung, wobei ein leitfähiges Metall elektrolytisch in die Merkmale abgeschieden wird, welche in die isolierende Schicht gemustert sind, ein Abziehen des elektrolytisch abgeschiedenen metallischen Gitters, welches in die gemusterten Bereiche elektrolytisch abgeschieden worden ist, um den leitfähigen metallischen Zylinder freizulegen, auf eine haftende Polymerfolie, wenn die haftende Polymerfolie um einen Abschnitt des äußeren Umfangs des Zylinders gewickelt wird; und ein Trennen der Polymerfolie von dem Zylinder umfassen, wobei ein metallisches Gitter erzeugt wird, welches an der haftenden Polymerfolie haftet.
D1. Verfahren nach Absatz D0 unter Verwendung von Kupfer als das metallische elektrolytisch abgeschiedene Material, um das leitfähige Gitter zu bilden.
D2. Verfahren nach einem der Absätze D0 bis D1 unter Verwendung eines thermoplastischen Klebstoffs, für welchen ein Abschnitt des metallischen Zylinders oder ein Teil der Polymerfolie, oder beide, erwärmt werden, um die haftenden Eigenschaften des thermoplastischen Klebstoff zu aktivieren, wobei die elektrolytisch abgeschiedenen metallischen Merkmale von dem Zylinder auf die Polymerfolie übertragen werden.
D3. Verfahren wie in einem der Absätze D0 bis D2 beschrieben, in welchem die Polymerfolie durch eine Polymerbahn ersetzt wird, wodurch ein kontinuierlicher Rolle-zu Rolle-Prozess (roll-to-roll process) ermöglicht wird.
D4. Verfahren nach einem der Absätze D0 bis D3, wobei eine dünne leitfähige Beschichtung selektiv in die gemusterten Merkmale auf den leitfähigen Zylinder als eine „Trennoberfläche“ aufgebracht wird, die ein Übertragen des elektrolytisch abgeschiedenen metallischen Musters von dem Zylinder oder dem Dorn auf die haftende Polymerfolie erleichtert.
D5. Verfahren nach Absatz D4, wobei eine Freigabeoberfläche auf der Dornoberfläche in den gemusterten Merkmalen unter der Verwendung von elektoplattiertem Chrom, Nickel-Teflon, Chrompolymer, Nickel-Bornitrid oder ähnlichen leitfähigen Beschichtungen erzeugt wird, die selektiv auf freigelegte leitfähige Dornoberflächen aufgebracht werden können.
E0. Verfahren zur Bildung eines leitfähigen metallischen Gitters von beliebiger Komplexität auf einer transparenten haftenden Polymerfolie unter Verwendung einer elektrisch isolierenden Antihaftbeschichtung auf einem metallischen Zylinder, wobei die isolierende Beschichtung zunächst gemustert wird, um die leitfähige Oberfläche des metallischen Zylinders in vorausgewählten Bereichen freizulegen, welcher in eine chemische Lösung eingetaucht ist, wobei ein leitfähiges Metall in die Merkmale elektrolytisch abgeschieden wird, welche in die isolierende Beschichtung gemustert sind, woraufhin das elektrolytisch abgeschiedene metallische Gitter, welches in die Bereiche elektrolytisch abgeschieden ist, welche gemustert sind, um den leitfähigen metallischen Zylinder freizulegen, von dem gemusterten Zylinder auf eine haftende Polymerfolie abgezogen wird, wenn die haftende Polymerfolie um einen Abschnitt des äußeren Umfangs des Zylinders gewickelt wird, und dann von dem Zylinder getrennt wird, wodurch ein gebildetes metallisches Gitter erzeugt wird, welches an der haftenden Polymerfolie haftet.
F0. Verfahren zur Bildung eines leitfähigen Metallgitters auf einer transparenten Polymerfolie, umfassend: Auftreffen eines Lasers auf einer Oberfläche eines elektrisch leitfähigen Zylinders, um ein Muster mikroskopischer Spalte auf der Oberfläche zu erzeugen; Aufbringen einer elektrisch isolierenden Beschichtung auf den Zylinder, wobei die Beschichtung gemustert ist, um Abschnitte der Oberfläche des Zylinders entsprechend eines zu bildenden Gittermusters freizulegen; wenigstens teilweises Eintauchen des Zylinders in eine metallhaltige Lösung; Aufbringen eines elektrischen Stroms auf den leitfähigen Zylinder, wodurch eine elektrolytische Abscheidung eines Metalls auf die freigelegten Abschnitte der leitfähigen Oberfläche und ein Bilden eines leitfähigen Metallgitters auf dem Zylinder bewirkt werden; Drehen des Zylinders bis das leitfähige Gitter mit einer transparenten Polymerfolie in Kontakt kommt, welche um einen Abschnitt des Zylinders gewickelt ist; und Trennen der Folie von dem Zylinder, wobei das leitfähige Gitter an der Folie angebracht ist.
F1. Verfahren nach Absatz F0, ferner umfassend ein Erwärmen der transparenten Polymerfolie, wodurch eine Haftung zwischen der Folie und dem leitfähigen Gitter erhöht wird.
F2. Verfahren nach einem der Absätze F0 bis F1, ferner umfassend ein Hinzufügen eines wärmeaktivierten Klebstoffs zu der transparenten Polymerfolie.
F3. Verfahren nach einem der Absätze F1 bis F2, ferner umfassend ein Kühlen der transparenten Polymerfolie vor dem Trennen der Folie von dem Zylinder.
F4. Verfahren nach einem der Absätze F0 bis F3, ferner umfassend ein Pressen der transparenten Polymerfolie gegen den Zylinder, wodurch eine Haftung zwischen der Folie und dem leitfähigen Gitter erhöht wird.
F5. Verfahren nach einem der Absätze F0 bis F4, wobei die elektrisch isolierende Beschichtung aus einem synthetischen Fluorpolymer gebildet ist.
F6. Verfahren nach einem der Absätze F0 bis F5, wobei der Laser ein gepulster Laser ist und das Auftreffen des Lasers auf der Oberfläche ein Abtasten des Lasers über die Oberfläche umfasst.
G0. Verfahren zur Bildung eines leitfähigen Sammelgitters für ein Photovoltaikmodul, umfassend: Aufrauen einer elektrisch leitfähigen Oberfläche einer Trommel durch ein Abtasten eines gepulsten Lasers über die Oberfläche; Aufbringen einer synthetischen Fluorpolymerbeschichtung auf die Trommel; Mustern der synthetischen Fluorpolymerbeschichtung, um Bereiche der leitfähigen Oberfläche der Trommel entsprechend einem Gittermuster freizulegen; Elektrolytisches Abscheiden eines Metalls auf die freigelegten Bereiche der leitfähigen Oberfläche, um ein metallisches Sammelgitter zu bilden, welches an der leitfähigen Oberfläche angebracht ist; Inberührungbringen des Sammelgitters mit einer transparenten Polymerfolie, während das Sammelgitter an der leitfähigen Oberfläche angebracht ist, wodurch bewirkt wird, dass das Sammelgitter an der Polymerfolie haftet; und Trennen der transparenten Polymerfolie von der Trommel, wobei das Gittermuster an der Polymerfolie angebracht ist.
G1. Verfahren nach Absatz G0, wobei die synthetische Fluorpolymerbeschichtung aus einem Material gebildet ist, welches aus der Gruppe bestehend aus Polytetrafluorethylen (PTFE), Perfluoralkoxy (PFA), fluoriertem Ethylenpropylen (FEP) und einem Parylenpolymer ausgewählt ist.
G2. Verfahren nach einem der Absätze G0 bis G1, ferner umfassend ein Erwärmen wenigstens eines aus der transparenten Polymerfolie und der leitfähigen Oberfläche, wodurch eine Haftung zwischen der transparenten Polymerfolie und dem Sammelgitter erhöht wird.
G3. Verfahren nach Absatz G2, ferner umfassend ein Kühlen der transparenten Polymerfolie vor dem Trennen der transparenten Polymerfolie von der Trommel.
G4. Verfahren nach einem der Absätze G0 bis G3, ferner umfassend ein Aufbringen einer Freigabeschicht auf die freigelegten Bereiche der leitfähigen Oberfläche.
G5. Verfahren nach Absatz G4, wobei die Freigabeschicht aus einem Material gebildet ist, welches aus der Gruppe bestehend aus Chrom, Nickel-Teflon, Nickel-Bornitrid und Chrom-Polymer ausgewählt ist.
H0. Verfahren zur Bildung eines leitfähigen Gitters auf einer transparenten flexiblen Folie, umfassend: Bereitstellen einer elektrisch leitfähigen Oberfläche, welche laseraufgeraut worden ist; teilweises Bedecken der elektrisch leitfähigen Oberfläche mit einer synthetischen Fluorpolymerbeschichtung, wobei ein unbedeckter Abschnitt der leitfähigen Oberfläche einem Gittermuster entspricht; Elektrolytisches Abscheiden eines leitfähigen Materials auf den unbedeckten Abschnitt der leitfähigen Oberfläche, um ein leitfähiges Gitter zu bilden, welches an der leitfähigen Oberfläche angebracht ist; Inberührungbringen der synthetischen Fluorpolymerbeschichtung und des leitfähigen Gitters mit einer transparenten flexiblen Folie; und Trennen der transparenten flexiblen Folie von der synthetischen Fluorpolymerbeschichtung, wobei das leitfähige Gitter an der transparenten flexiblen Folie angebracht ist.
H1. Verfahren nach Absatz H0, wobei die elektrisch leitfähige Oberfläche zylindrisch ist.
H2. Verfahren nach einem der Absätze H0 bis H1, wobei die elektrisch leitfähige Oberfläche dazu eingerichtet ist, sich derart zu drehen, dass jeder Abschnitt der Oberfläche in eine Lösung eintritt, in welcher eine elektrolytische Abscheidung auftritt, und die Lösung danach verlässt, bevor er mit der transparenten flexiblen Folie in Berührung gebracht wird.
H3. Verfahren nach einem der Absätze H0 bis H2, ferner umfassend ein Erwärmen der transparenten flexiblen Folie, um eine Haftung zwischen der Folie und dem leitfähigen Gitter zu begünstigen.
H4. Verfahren nach Absatz H3, ferner umfassend ein Kühlen der transparenten flexiblen Folie vor einem Wegziehen der Folie von der synthetischen Fluorpolymerbesch ichtu ng.
H5. Verfahren nach einem der Absätze H0 bis H4, wobei die synthetische Fluorpolymerbeschichtung aus einem Material gebildet ist, welches aus der Gruppe bestehend aus Polytetrafluorethylen (PTFE), Perfluoralkoxy (PFA), fluoriertem Ethylenpropylen (FEP) und einem Parylenpolymer ausgewählt ist.
H6. Verfahren nach einem der Absätze H0 bis H5, wobei die synthetische Fluorpolymer-Beschichtung eine polytetrafluorethylenbasierte Antihaftbeschichtung ist.
I0. Verfahren zum Laseraufrauen einer Oberfläche durch ein Abtasten eines gepulsten Lasers über die Oberfläche.
I1. Verfahren nach Absatz I0, wobei der gepulste Laser ein Faserlaser ist.
I2. Verfahren nach einem der Absätze I0 bis I1, wobei der gepulste Laser Impulse erzeugt, welche eine zeitliche Dauer von weniger als einer Nanosekunde aufweisen.
I3. Verfahren nach einem der Absätze I0 bis I2, wobei das Abtasten des gepulsten Lasers durch eine Galvanometer-Abtasteinrichtung durchgeführt wird, welche wenigstens einen Spiegel umfasst.
I4. Verfahren nach einem der Absätze I0 bis I3, wobei die Oberfläche eine elektrisch leitfähige Oberfläche ist.
J0. Verfahren zur Herstellung eines gemusterten Zylinders, umfassend: Auftreffen eines Lasers auf einer Oberfläche eines elektrisch leitfähigen Zylinders, um ein Muster mikroskopischer Spalte auf der Oberfläche zu erzeugen, und Aufbringen einer elektrisch isolierenden Beschichtung auf den Zylinder, wobei die Beschichtung gemustert ist, um Abschnitte der Oberfläche des Zylinders entsprechend einem zu bildenden Gittermuster freizulegen.
J1. Verfahren nach Absatz J0, wobei das Gittermuster als eine oder mehrere elektrische Schaltungen für eine oder mehrere photovoltaische Zellen eingerichtet ist.
J2. Verfahren nach einem der Absätze J0 bis J1, wobei die elektrisch isolierende Beschichtung aus einem synthetischen Fluorpolymer gebildet ist.
J3. Verfahren nach einem der Absätze J0 bis J2, wobei der Laser ein gepulster Laser ist und das Auftreffen des Lasers auf der Oberfläche ein Abtasten des Lasers über die Oberfläche umfasst.
K0. Verfahren zur Herstellung einer gemusterten Trommel, umfassend: aufrauen einer elektrisch leitfähigen Oberfläche einer Trommel durch ein Abtasten eines gepulsten Lasers über die Oberfläche; Aufbringen einer synthetischen Fluorpolymerbeschichtung auf die Trommel; und Mustern der synthetischen Fluorpolymerbeschichtung, um Bereiche der leitfähigen Oberfläche der Trommel entsprechend einem vorbestimmten Gittermuster freizulegen.
K1. Verfahren nach Absatz K0, wobei das Mustern der synthetischen Fluorpolymerbeschichtung, um Bereiche der leitfähigen Oberfläche der Trommel freizulegen, ein Verwenden eines Lasers umfasst, um Abschnitte der synthetischen Fluorpolymerbeschichtung selektiv zu entfernen.
K2. Verfahren nach einem der Absätze K0 bis K1, wobei das Gittermuster als eine oder mehrere elektrische Schaltungen für photovoltaische Zellen eingerichtet ist.
K3. Verfahren nach einem der Absätze K0 bis K2, wobei das Gittermuster einem leitfähigen Gitter entspricht, welches dazu eingerichtet ist, Paare benachbarter photovoltaischer Zellen elektrisch miteinander zu verbinden.
K4. Verfahren nach einem der Absätze K0 bis K3, wobei die synthetische Fluorpolymerbeschichtung aus einem Material gebildet ist, welches aus der Gruppe bestehend aus Polytetrafluorethylen (PTFE), Perfluoralkoxy (PFA), fluoriertem Ethylenpropylen (FEP) und einem Parylenpolymer ausgewählt ist.
K5. Verfahren nach einem der Absätze K0 bis K4, ferner umfassend ein Aufbringen einer Freigabeschicht auf die freigelegten Bereiche der leitfähigen Oberfläche.
K6. Verfahren nach Absatz K5, wobei die Freigabeschicht aus einem Material gebildet ist, welches aus der Gruppe bestehend aus Chrom, Nickel-Teflon, Nickel-Bornitrid und Chrom-Polymer ausgewählt ist.
L0. Verfahren zur Herstellung einer gemusterten Oberfläche, umfassend: Bereitstellen einer elektrisch leitfähigen Oberfläche, welche laseraufgeraut worden ist; und teilweises Bedecken der elektrisch leitfähigen Oberfläche mit einer synthetischen Fluorpolymerbeschichtung, wobei ein unbedeckter Abschnitt der leitfähigen Oberfläche einem Gittermuster entspricht.
L1. Verfahren nach Absatz L0, wobei das teilweise Bedecken der leitfähigen Oberfläche mit einer synthetischen Fluorpolymerbeschichtung umfasst: teilweises Maskieren eines Abschnitts der leitfähigen Oberfläche mit einem Maskierungsmittel, wobei ein maskierter Abschnitt der leitfähigen Oberfläche dem unbedeckten Abschnitt der leitfähigen Oberfläche entspricht; Aufbringen der synthetischen Fluorpolymerbeschichtung auf die leitfähige Oberfläche; und Entfernen des Maskierungsmittels.
L2. Verfahren nach Absatz L0, wobei das teilweise Bedecken der leitfähigen Oberfläche mit einer synthetischen Fluorpolymerbeschichtung umfasst: Aufbringen der synthetischen Fluorpolymerbeschichtung auf die leitfähige Oberfläche; und Verwenden eines Lasers, um das Gittermuster in die synthetische Fluorpolymerbeschichtung zu ätzen.
L3. Verfahren nach einem der Absätze L0 bis L2, wobei die elektrisch leitfähige Oberfläche zylindrisch ist.
L4. Verfahren nach einem der Absätze L0 bis L3, wobei die leitfähige Oberfläche ein Muster mikroskopischer Spalte umfasst.
L5. Verfahren nach einem der Absätze L0 bis L4, wobei die synthetische Fluorpolymerbeschichtung aus einem Material gebildet ist, welches aus der Gruppe bestehend aus Polytetrafluorethylen (PTFE), Perfluoralkoxy (PFA), fluoriertem Ethylenpropylen (FEP) und einem Parylenpolymer ausgewählt ist.
L6. Verfahren nach einem der Absätze L0 bis L4, wobei die synthetische Fluorpolymer-Beschichtung eine polytetrafluorethylenbasierte Antihaftbeschichtung ist.
Vorteile, Merkmale, Nutzen
Die verschiedenen Ausführungsbeispiele der hierin beschriebenen Gitterbildungssysteme stellen einige Vorteile gegenüber bekannten Lösungen zur Bildung leitfähiger Gitter auf Polymerfolien bereit. Beispielsweise erlauben hierin beschriebene Veranschaulichende Ausführungsbeispiele, dass Cu nur dort wo benötigt und mit geringster Verschwendung in einem additiven Prozess abgeschieden wird. In einigen Beispielen kann nur das Cu-Anodenmaterial verbraucht werden, was zu einer unbegrenzten Verwendung von Lösungschemikalien führt.
Zusätzlich und unter anderen Vorteilen ermöglichen veranschaulichende Ausführungsbeispiele, die hierin beschrieben sind, eine verbesserte PV-Effizienz aufgrund von geringeren Widerstands- und optischen Verlusten.
Zusätzlich und unter anderen Vorteilen ermöglichen veranschaulichende Ausführungsbeispiele, die hierin beschrieben sind, eine Erzeugung von Mustern beliebiger Komplexität, einschließlich Bus- und Verbindungsbereiche, mit hoher dimensionaler Genauigkeit. Es gibt keine wesentlichen Einschränkungen bezüglich Musterverbindungen, während das Gitter gebildet wird.
Zusätzlich und unter anderen Vorteilen ermöglichen veranschaulichende Ausführungsbeispiele, die hierin beschrieben sind, einen sauberen, einfachen Prozess mit niedriger Temperatur und hohem Durchsatz. Der Prozess kann ein Rolle-zu-Rolle-Prozess (roll-to-roll) sein.
Zusätzlich und unter anderen Vorteilen ermöglichen veranschaulichende Ausführungsbeispiele, die hierin beschrieben sind, eine Kontrolle über das Querschnittsprofil der Leitergitterelemente.
Zusätzlich und unter anderen Vorteilen ermöglichen veranschaulichende Ausführungsbeispiele, die hierin beschrieben sind, leicht geänderte Muster, indem einfach gemusterte Trommeln geändert werden.
Zusätzlich und unter anderen Vorteilen ermöglichen veranschaulichende Ausführungsbeispiele, die hierin beschrieben sind, eine erhöhte Haftung einer synthetischen Fluorpolymerbeschichtung an einer leitfähigen Oberfläche unter Verwendung eines Prozesses, der schnell ist, keine Materialkosten verursacht und die Haftung stark verbessert, aber immer noch eine makroskopisch glatte Oberfläche herstellt.
Weder ein bekanntes System, noch eine bekannte Vorrichtung können diese Funktionen oder eine Kombination dieser Funktionen ausführen. Jedoch bieten nicht alle der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele die gleichen Vorteile oder den gleichen Grad eines Vorteils.
Fazit
Die vorstehend dargelegte Offenbarung kann mehrere unterschiedliche Beispiele mit unabhängigem Nutzen umfassen. Obwohl jede von diesen in ihrer/ihren bevorzugten Form(en) offenbart wurde, sind die spezifischen Ausführungsbeispiele davon, wie sie hierin offenbart und veranschaulicht sind, nicht in einem einschränkenden Sinne zu betrachten, da zahlreiche Variationen möglich sind. Soweit in dieser Offenbarung Abschnittsüberschriften verwendet werden, dienen solche Überschriften nur zu organisatorischen Zwecken. Der Gegenstand der Erfindung(en) umfasst alle neuen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Elemente, Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart sind. Die folgenden Ansprüche heben insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen hervor, die als neu und nicht naheliegend angesehen werden. Andere Kombinationen und Unterkombinationen von Merkmalen, Funktionen, Elementen und/oder Eigenschaften können in Anmeldungen beansprucht werden, die die Priorität von dieser oder einer zugehörigen Anmeldung beanspruchen. Solche Ansprüche, ob breiter, enger, gleich oder verschieden in ihrem Umfang zu den ursprünglichen Ansprüchen, werden ebenfalls als in dem Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst angesehen.
Ein System bzw. eine Vorrichtung zur Bildung eines leitfähigen Gitters und zugehörige Verfahren können eine Trommel umfassen, welche eine leitfähige Oberfläche, eine die Oberfläche beschichtende Isolierschicht und ein Gittermuster aufweist, welches in der Isolierschicht gebildet ist, um Abschnitte der leitfähigen Oberfläche freizulegen. Die Trommeloberfläche kann in ein chemisches Bad und aus diesem herausgedreht werden, so dass ein metallisches Gitter in die freigelegten Abschnitte der leitfähigen Oberfläche elektrolytisch abgeschieden wird. Eine Polymerfolie kann an die Oberfläche der Trommel laminiert und danach entfernt werden, so dass das metallische Gitter an der Polymerfolie angebracht wird und mit der Polymerfolie entfernt wird. In verschiedenen Schritten des Prozesses können Wärme, Druck, und/oder ein Klebstoff verwendet werden, um eine bevorzugte Haftung des metallischen Gitters an der Polymerfolie zu erleichtern.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 8993364 [0001]
US 2013/0269748 A1 [0001]
US 6310281 [0009]
US 6372538 [0009]
US 7194197 [0009]
US 8062922 [0009]

Claims

Vorrichtung zur Bildung eines leitfähigen Gitters, umfassend: einen elektrisch leitfähigen Zylinder, umfassend eine Mehrzahl mikroskopischer Spalte auf einer äußeren Oberfläche des Zylinders, wobei die Spalte dazu eingerichtet sind, eine Haftung zwischen der äußeren Oberfläche des Zylinders und einer nachträglich aufgebrachten Materialschicht zu verbessern; und eine elektrisch isolierende Beschichtung, welche an der äußeren Oberfläche des Zylinders haftet, wobei die Beschichtung gemustert ist, um Abschnitte der äußeren Oberfläche des Zylinders in einem Muster freizulegen, welches dem zu bildenden leitfähigen Gitter entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Muster als eine oder mehrere elektrische Schaltungen für eine oder mehrere photovoltaische Zellen eingerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die elektrisch isolierende Beschichtung aus einem synthetischen Fluorpolymer gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, ferner umfassend einen abtastenden, gepulsten Laser, welcher dazu eingerichtet ist, die äußere Oberfläche des Zylinders abzutasten, um die Mehrzahl mikroskopischer Spalte zu bilden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, ferner umfassend einen Laser, welcher dazu eingerichtet ist, Abschnitte der elektrisch isolierenden Beschichtung selektiv zu entfernen und dadurch das Muster zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Muster einem leitfähigen Gitter entspricht, welches dazu eingerichtet ist, Paare benachbarter photovoltaischer Zellen elektrisch miteinander zu verbinden.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das synthetische Fluorpolymer aus der Gruppe bestehend aus Polytetrafluorethylen (PTFE), Perfluoralkoxy (PFA), fluoriertem Ethylenpropylen (FEP) und einem Parylenpolymer ausgewählt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, ferner umfassend eine Freigabeschicht, welche auf den freigelegten Abschnitten der äußeren Oberfläche des Zylinders angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Freigabeschicht aus einem Material gebildet ist, welches aus der Gruppe bestehend aus Chrom, Nickel-Teflon, Nickel-Bornitrid und Chrom-Polymer ausgewählt ist.
Vorrichtung zum Erzeugen eines leitfähigen Gitters, welches dazu eingerichtet ist, Paare benachbarter photovoltaischer Zellen elektrisch miteinander zu verbinden, wobei die Vorrichtung umfasst: einen elektrisch leitfähigen Zylinder, umfassend ein Muster mikroskopischer Spalte auf einer äußeren Oberfläche des Zylinders; und eine elektrisch isolierende Beschichtung, welche an der äußeren Oberfläche des Zylinders haftet, wobei die Beschichtung gemustert ist, um Abschnitte der Oberfläche des Zylinders entsprechend dem zu bildenden leitfähigen Gitter freizulegen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die elektrisch isolierende Beschichtung aus einem synthetischen Fluorpolymer gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die synthetische Fluorpolymerbeschichtung aus einem Material gebildet ist, welches aus der Gruppe bestehend aus Polytetrafluorethylen (PTFE), Perfluoralkoxy (PFA), fluoriertem Ethylenpropylen (FEP) und einem Parylenpolymer ausgewählt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die synthetische Fluorpolymerbeschichtung eine polytetrafluorethylenbasierte Antihaftbeschichtung ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-13, ferner umfassend eine Freigabeschicht, welche auf den freigelegten Abschnitten der Oberfläche des Zylinders angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Freigabeschicht aus einem Material gebildet ist, welches aus der Gruppe bestehend aus Chrom, Nickel-Teflon, Nickel-Bornitrid und Chrom-Polymer ausgewählt ist.